FR3015694A1 - Dispositif optique a variation de focale - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif optique (100) à variation de focale comprenant : - une première membrane (1) déformable, - une deuxième membrane (2) déformable, - un support (3) auquel une zone d'ancrage périphérique respective (1c) de chacune desdites membranes (1,2) est liée, - un volume constant d'un fluide (4) enfermé entre la première et la deuxième membrane, - un dispositif (5) d'actionnement d'une région (1a) de la première membrane située entre la zone d'ancrage (1c) et une partie centrale (1b) de la première membrane (1), configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement dans un unique sens de déflection de sorte à déplacer une partie du volume de fluide. La partie centrale (1b) de la première membrane (1) présente une raideur suffisante pour que : - à partir d'une position de repos dans laquelle le dispositif (5) d'actionnement est inactif, la première membrane (1) se déforme uniquement dans un premier sens lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement (5) une tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil et la seconde membrane (2) se déforme pour absorber le déplacement de fluide induit par la déformation de la première membrane (1), de sorte à minimiser la pression du fluide sur la première membrane, et - la région d'actionnement (1a) de la première membrane restant déformée dans ledit premier sens, la partie centrale (1b) de la première membrane (1) se déforme dans un second sens opposé au premier sens sous l'effet de la pression du fluide (4) déplacé par le dispositif d'actionnement (5) lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement (5) une tension électrique d'actionnement supérieure audit seuil.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif optique à variation de focale ainsi qu'un procédé de variation de la focale d'un tel dispositif optique.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Pour intégrer la fonction de zoom optique dans un système optique compact comportant plusieurs lentilles à focale fixe, il peut être intéressant, notamment en vue de minimiser l'épaisseur du système optique, d'intégrer au moins un dispositif optique à focale variable permettant d'obtenir de fortes variations de focale. Certains dispositifs optiques assurent à eux seuls une variation de grandissement, d'autres doivent être associés à des optiques fixes ou à d'autres dispositifs à focale variable pour assurer la fonction de zoom. Pour les applications aux caméras miniatures, notamment les caméras destinées à la téléphonie mobile, on cherche à concevoir un dispositif optique à focale variable compact et peu onéreux. Un dispositif permettant de travailler soit dans un mode divergent soit dans un mode convergent est particulièrement avantageux puisqu'il permet de bénéficier d'une plus large gamme de variation de la focale.

Différents types de dispositifs à focale variable à base de liquide ont été développés pour répondre à ce besoin, reposant par exemple sur une technique d'électro-mouillage [1] ou à base de cristaux liquides [2]. D'autres solutions sont basées sur l'utilisation de membranes déformables soumises à la pression d'un fluide, chaque membrane formant un dioptre.

Deux membranes sont généralement employées afin d'augmenter la puissance optique du dispositif. Dans ces dispositifs, les membranes se déforment sous l'effet de la pression de fluide induite par un déplacement du fluide. Dans certaines applications, chacune des deux membranes est actionnée indépendamment de l'autre, chaque membrane étant associée à une cavité renfermant le fluide, qui est séparée de l'autre par un substrat, et possédant son propre dispositif d'actionnement [3, 4]. La pression de fluide imposé à l'une des membranes peut ainsi être différente de l'autre.

Différentes configurations de lentilles où les actionneurs destinés à faire varier la focale sont agencé à la périphérie de chaque membrane sont présentées sur les figures 1A et 1B.

La figure lA illustre une lentille convergente bi-convexe, qui peut être symétrique ou non. Ce dispositif comprend un support 3 auquel deux membranes déformables 1, 2 sont liées dans une zone d'ancrage périphérique respective lc, 2c, ainsi qu'une plaque rigide 31 s'étendant entre les deux membranes. Chaque membrane 1, 2 définit, avec le support 3 et la plaque 31, un volume constant respectif d'un fluide 41, 42. De par la présence de la plaque rigide 31 interposée entre les volumes de fluide 41 et 42, les déformations des deux membranes sont indépendantes l'une de l'autre. Chaque membrane 1, 2 est munie d'un dispositif d'actionnement 5, 5' agencé sur une zone intermédiaire respective la, 2a entre la partie centrale 1 b, 2b et la zone d'ancrage lc, 2c de chaque membrane. Les actionneurs 5, 5' des deux membranes 1, 2 se défléchissent vers la membrane et le fluide 41, 42 (dans le sens des flèches) pour obtenir la configuration bi-convexe illustrée sur la figure 1A.

La figure 1B correspond à une lentille divergente bi-concave, qui peut être symétrique ou non. La structure du dispositif est similaire à celle du dispositif de la figure 1A, le dispositif d'actionnement 5, 5' de chaque membrane étant apte à se défléchir dans le sens opposé à celui de la figure lA (dans le sens des flèches) pour obtenir une telle configuration.

Dans la mesure où les deux dioptres fonctionnent indépendamment l'un de l'autre, il est également possible d'obtenir de nombreuses autres configurations de lentilles convergentes (plan convexe ou ménisque convergent) ou divergentes (plan concave ou ménisque divergent). Les figures 2A à 2C illustrent un autre exemple d'un dispositif optique présentant une structure similaire à celle de la figure 1A, dans lequel la membrane 2 assure la fonction convergente (avec un fléchissement du dispositif d'actionnement 5' dans un sens, vers le fluide) et la membrane 1 assure la fonction divergente (avec un fléchissement du dispositif d'actionnement 5 dans le sens opposé), chaque membrane étant associée à un volume de fluide indépendant 41, 42. Les éléments désignés par les mêmes signes de référence sur les figures 1A-1C et 2A-2C sont similaires. La figure 2A représente le dispositif optique au repos, prenant l'exemple d'une focale initiale infinie. La figure 2B représente le dispositif optique actionné de sorte à être convergent : à cet effet, le dispositif d'actionnement 5 n'est pas activé ; seul le dispositif d'actionnement 5' est activé de sorte à fléchir vers le fluide 42. On obtient ainsi une lentille convergente plan convexe. La figure 2C représente le dispositif optique actionné de sorte à être divergent : à cet effet, le dispositif d'actionnement 5' n'est pas activé ; seul le dispositif d'actionnement 5 est activé de sorte à fléchir vers le fluide 41. On obtient ainsi une lentille divergente plan concave. Dans d'autres applications, les deux membranes sont couplées par un volume constant de fluide enfermé entre lesdites membranes [5-10], les deux membranes sont soumises à la même pression de fluide. Les figures 3A et 3B illustrent de tels dispositifs optiques. Par rapport au dispositif illustré aux figures 1A à 2C, le dispositif des figures 3A et 3B ne contient pas de plaque séparant les volumes de fluide associés à chaque membrane. Le dispositif contient donc un unique volume constant de fluide 4 couplant mécaniquement les membranes 1 et 2.

Dans ces dispositifs, les dispositifs d'actionnement 5, 5' des deux membranes participent conjointement à modifier la pression de fluide appliquée sur chacune desdites membranes. Quand les dispositifs d'actionnement 5, 5' se défléchissent vers le fluide 4, la pression est augmentée et les deux membranes 1, 2 deviennent convexes (dispositif convergent, voir figure 3A). Quand les dispositifs d'actionnement 5, 5' se défléchissent dans le sens opposé au fluide 4, les deux membranes 1, 2 deviennent concaves (dispositif divergent, voir figure 3B). Pour obtenir un système optique qui permet, à partir d'une position de repos, d'avoir des variations de focale positives et négatives, les dispositifs d'actionnement doivent fonctionner dans les deux sens. Cependant, un tel actionnement est complexe à mettre en oeuvre. En effet, les tensions électriques requises pour les actionneurs sont typiquement supérieures à 30V (une tension de +1- 40V est mentionnée dans [3]).

Dans les dispositifs existants, des couches épaisses de matériaux piézoélectriques sont collées sur chaque membrane, ce qui implique un procédé de fabrication complexe et impose un certain nombre de contraintes sur la membrane et sur la géométrie du dispositif. Il est toutefois possible de réaliser un tel actionnement à double sens en utilisant les technologies MEMS. Il faut alors soit utiliser des matériaux qui ont la faculté de se déformer dans les deux sens, mais ces matériaux (l'AIN par exemple) sont moins performants en terme d'actionnement, soit utiliser un actionneur bimorphe comprenant deux couches de céramique PZT (Titano-Zirconate de Plomb).

Sachant que la céramique PZT présente un coût de fabrication élevé, cette dernière option est particulièrement onéreuse. Le dispositif illustré sur les figures 2A à 2C peut être alternativement convergent et divergent, en utilisant des actionneurs fonctionnant dans un unique sens.

L'inconvénient d'un tel dispositif, qui consiste à superposer deux dispositifs à membrane unique, est qu'il offre des variations de focales bien moins importantes que les variations que les dispositifs illustrés sur les figures 1A-1 B et 3A-3B permettent d'obtenir. En effet, un seul dioptre est actif dans la configuration convergente, l'autre dioptre étant actif dans la configuration divergente. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de concevoir un dispositif optique procurant une variation de focale sur une gamme étendue, permettant un actionnement simple (notamment mettant en oeuvre de faibles tensions électriques d'actionnement), qui soit compact et simple à fabriquer. Conformément à l'invention, il est proposé un dispositif optique à variation de focale 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 20 membranes, - un dispositif d'actionnement d'une région de la première membrane située entre la zone d'ancrage et une partie centrale de la première membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement dans un unique sens de déflection de sorte à déplacer une partie du volume de fluide, ledit déplacement du fluide 25 étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale de la première membrane, ledit dispositif optique étant caractérisé en ce que la partie centrale de la première membrane présente une raideur suffisante pour que : - à partir d'une position de repos dans laquelle le dispositif d'actionnement est 30 inactif, la première membrane se déforme uniquement dans un premier sens lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil et la seconde membrane se déforme pour absorber le déplacement de fluide induit par la déformation de la première membrane, de sorte à minimiser la pression du fluide sur la première membrane, et 35 - la région d'actionnement de la première membrane restant déformée dans ledit premier sens, la partie centrale de la première membrane se déforme dans un second sens opposé au premier sens sous l'effet de la pression du fluide déplacé par le dispositif d'actionnement lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement supérieure audit seuil. De manière avantageuse, la deuxième membrane présente une raideur plus faible que la partie centrale de la première membrane.

Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comprend en outre un dispositif d'actionnement d'une région d'actionnement de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage et une partie centrale de ladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'actionnement de la deuxième membrane est apte à se déformer dans deux sens opposés en fonction de la tension électrique d'actionnement appliquée audit dispositif. Selon un mode de réalisation, dans sa configuration de repos, la partie centrale de la première membrane est plane. Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comprend un substrat s'étendant entre les deux membranes et comprenant au moins un orifice de passage du fluide, de sorte que la pression de fluide est identique de part et d'autre dudit substrat. Le matériau de la première et/ou la seconde membrane peut être une résine siloxane ou un matériau minéral comprenant du silicium. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif d'actionnement de la première membrane comprend au moins un actionneur piézoélectrique. Selon une forme d'exécution de l'invention, la première ou la deuxième membrane est réfléchissante. La raideur de la première membrane peut avantageusement être choisie pour qu'en l'absence d'une pression de fluide exercée sur ladite membrane, l'application d'une tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement entraîne la déformation de la région d'actionnement et de la partie centrale de la membrane, les tangentes à la membrane de part et d'autre de la jonction entre la région d'actionnement et la partie centrale étant confondues. Selon un mode de réalisation, le diamètre de la partie déformable de la première membrane est différent du diamètre de la partie déformable de la deuxième membrane. Selon un autre mode de réalisation, le diamètre de la partie déformable de la première membrane est identique au diamètre de la partie déformable de la deuxième membrane. Un autre objet concerne un procédé de variation de la focale d'un dispositif optique 35 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 5 membranes, - un dispositif d'actionnement d'une région de la première membrane située entre la zone d'ancrage périphérique et une partie centrale de ladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement dans un unique sens de déflection, 10 ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : - l'application au dispositif d'actionnement d'une première tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil, conduisant à déformer la première membrane dans un premier sens tandis que la seconde membrane se déforme pour absorber le déplacement de fluide induit par la déformation de la première membrane de sorte à 15 minimiser la pression du fluide sur la première membrane, - l'application au dispositif d'actionnement d'une deuxième tension électrique d'actionnement supérieure audit seuil, conduisant à déformer la partie centrale de la première membrane dans un second sens opposé au premier sens sous l'effet de la pression du fluide déplacé par le dispositif d'actionnement, la région d'actionnement de la 20 première membrane restant déformée dans le premier sens. Selon un mode de réalisation : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la région d'actionnement et la partie centrale vers le fluide, la deuxième membrane se 25 déformant dans le sens opposé au fluide, de sorte que la partie centrale de la première membrane forme un dioptre divergent et la deuxième membrane forme un dioptre convergent, - on applique la deuxième tension électrique de sorte à déformer la région d'actionnement vers le fluide, le déplacement du fluide induisant une déformation de la 30 partie centrale dans le sens opposé au fluide, de sorte que la partie centrale de chacune des deux membranes forme un dioptre convergent. Selon un mode de réalisation, le diamètre de la partie déformable de la première membrane est inférieur au diamètre de la partie déformable de la deuxième membrane et : 35 - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la région d'actionnement et la partie centrale vers le fluide, la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide, de sorte que le dispositif optique forme un ménisque divergent. Selon un mode de réalisation, le diamètre de la partie déformable de la première membrane est supérieur au diamètre de la partie déformable de la deuxième membrane et : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la région d'actionnement et la partie centrale vers le fluide, la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide, de sorte que le dispositif optique forme un ménisque convergent. Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comprend un dispositif d'actionnement d'une région d'actionnement de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage et une partie centrale de ladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement et : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement de la première membrane de sorte à déformer la région d'actionnement et la partie centrale vers le fluide sans appliquer de tension électrique d'actionnement du dispositif d'actionnement de la deuxième membrane, la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide, de sorte que la partie centrale de la première membrane forme un dioptre divergent et la deuxième membrane forme un dioptre convergent, - on applique la deuxième tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement de la première membrane de sorte à déformer la région d'actionnement vers le fluide et on applique une tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement de la deuxième membrane vers le fluide, de sorte que à augmenter la convergence du dioptre formé par la partie centrale de la deuxième membrane. Enfin, un autre objet de l'invention concerne un dispositif de prise de vue comprenant un dispositif optique tel que décrit ci-dessus.

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 : - les figures 1A et 1B représentent respectivement une coupe d'une lentille convergente bi-convexe et d'une lentille divergente bi-concave de type connu, - les figures 2A à 2C représentent en coupe les différents états d'actionnement d'un dispositif optique de type connu pouvant être convergent ou divergent, - les figures 3A et 3B représentent en coupe deux états d'actionnement d'un dispositif optique de type connu dans lequel les deux membranes sont couplées par un volume de fluide enfermé entre elles, - la figure 4A 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 4B 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 rigidité insuffisante, - la figure 5A illustre une configuration d'un dispositif optique selon un mode de réalisation de l'invention, dans laquelle le dioptre formé par la première membrane est divergent et le dioptre formé par la deuxième membrane est convergent ; la figure 5B présente par des hachures les volumes de fluide déplacés lors de la déformation des membranes dans cette configuration, - la figure 6A illustre une configuration du même dispositif optique que celui des figures 5A et 5B, correspondant à une tension électrique d'actionnement plus élevée que dans la configuration des figures 5A et 5B, dans laquelle le dioptre formé par la première membrane est convergent et le dioptre formé par la deuxième membrane est également convergent ; les figures 6B et 6C présentent par des hachures les volumes de fluide déplacés lors de la déformation des membranes dans cette configuration, - la figure 7A illustre un dispositif optique selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la géométrie des deux membranes est sensiblement identique, la figure 7B présente par des hachures les volumes de fluide déplacés lors de la déformation des membranes dans la configuration de la figure 7A, - la figure 8A illustre un dispositif optique selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la première membrane présente un diamètre inférieur à celui de la deuxième membrane, la figure 8B présente par des hachures les volumes de fluide déplacés lors de la déformation des membranes dans la configuration de la figure 8A, - la figure 9A illustre un dispositif optique selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la première membrane présente un diamètre supérieur à celui de la deuxième membrane, la figure 9B présente par des hachures les volumes de fluide déplacés lors de la déformation des membranes dans la configuration de la figure 9A, - les figures 10A et 10B présentent deux configurations d'un dispositif optique selon un mode de réalisation dans lequel les deux membranes sont actionnables, - les figures 11A à 11C illustrent différentes configurations possibles d'un dispositif optique selon l'invention, - les figures 12A et 12B illustrent d'autres configurations possibles d'un dispositif optique selon l'invention, - la figure 13 illustre la variation de puissance optique du dispositif en fonction de la déflection de la première membrane, - la figure 14 illustre la déflection de chaque membrane en fonction de la pression de fluide, - la figure 15 illustre de manière schématique un dispositif de prise de vue comprenant un dispositif optique conforme à 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 MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Les figures 5A, 5B et 6A-6C illustrent différentes configuration d'actionnement d'un dispositif optique 100 selon un mode de réalisation de l'invention. 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 périphérique 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 un déplacement 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, au moins l'une des deux membranes est munie d'un dispositif d'actionnement. Par convention, on considère ici que la première membrane, référencée 1, possède un dispositif d'actionnement 5 ; la deuxième membrane, référencée 2, peut être munie ou non d'un dispositif d'actionnement. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5A-5B et 6A-6C, la deuxième membrane ne dispose pas d'un dispositif d'actionnement, de sorte que sa déformation éventuelle résulte uniquement du déplacement du fluide 4. Par ailleurs, bien que la membrane 1 actionnée soit positionnée sur la face supérieure du dispositif, il va de soi qu'elle pourrait également être positionnée sur la face inférieure du dispositif, les membranes 1 et 2 étant interverties. Le dispositif d'actionnement est conçu pour se déformer dans un unique sens, c'est-à-dire, selon la configuration du dispositif, vers le fluide (en vue d'obtenir successivement un dispositif divergent puis convergent) ou à l'opposé du fluide (en vue d'obtenir successivement un dispositif convergent puis divergent). Dans la mesure où l'on cherche à faire varier la focale du dispositif optique sans dévier le faisceau incident, le dispositif d'actionnement est adapté pour se déformer de manière uniforme sur toute la circonférence de la région d'actionnement. Un dispositif d'actionnement particulièrement adapté à l'obtention d'un 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 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 régulièrement répartis sur la circonférence de la membrane. On pourra à cet égard se référer à une description détaillée de tels dispositifs d'actionnement dans les documents FR2919073, FR2950154 et FR2950153. Le dispositif d'actionnement est agencé dans une région 1a de la première membrane, dite région d'actionnement, située entre la zone d'ancrage périphérique lc et la partie centrale 1 b de ladite 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 la première 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 la première membrane, ou encore à l'intérieur de la première membrane. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5A-5B et 6A-6C, 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 ce mode de réalisation, la membrane 2 est plus souple que la partie centrale 1 b de la membrane 1. Les figures 5A et 5B correspondent à un premier mode de fonctionnement du dispositif optique 100. Sur la figure 5A, on a représenté la déformation des membranes 1 et 2 sous l'effet d'un déplacement du fluide 4 procuré par l'application au dispositif d'actionnement 5 d'une tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil déterminé. Le dispositif d'actionnement 5 déforme la zone d'actionnement 1 a de la membrane 1 vers le fluide 4 (sens des flèches) et, dans la mesure où sa raideur est suffisante, la partie centrale 1 b de la membrane 1 se déforme dans le même sens. Tant que la pression de fluide nécessaire pour déformer la membrane 2 est trop faible pour déformer la partie centrale 1 b de la membrane 1, le dioptre formé par la première membrane est concave/divergent et le dioptre formé par la deuxième membrane est convexe/convergent.

Comme on le voit sur la figure 5B, le volume de fluide déplacé par la déformation de la membrane 1 (représenté par la zone hachurée V1) est égal au volume absorbé par la déformation de la membrane 2 (représenté par la zone hachurée V2). Les figures 6A et 6B correspondent à un deuxième mode de fonctionnement du dispositif optique 100. A partir d'une certaine pression de fluide, qui est générée par l'application, au dispositif d'actionnement 5 d'une tension électrique d'actionnement supérieure au seuil mentionné plus haut (le sens d'actionnement étant toujours vers le fluide, mais schématisé par les doubles flèches pour représenter l'augmentation de l'amplitude de déformation due à l'augmentation de la tension électrique d'actionnement par rapport à la figure 5A), la partie centrale 1 b de la membrane 1 se déforme de façon significative sous l'effet de la pression de fluide. Comme on peut le voir sur la figure 6A, la région d'actionnement la de la membrane 1 reste déformée dans le même sens que sur la figure 5A, mais la partie centrale 1 b de ladite membrane 1 se déforme dans un sens opposé au sens de la figure 5A sous l'effet de la pression du fluide 4 déplacé par le dispositif d'actionnement 5. La conservation du volume de fluide est maintenue mais, dans ce mode de fonctionnement, elle intègre le volume associé à la déformation de la partie centrale 1 b de la première membrane.

Sur la figure 6A, la région hachurée VO représente le volume de fluide déplacé par l'actionnement de la membrane 1 par rapport à la position de repos en supposant qu'aucune pression de fluide ne s'exerce sur ladite membrane. Sur la figure 6B, les régions hachurées V1 et V2 représentent les volumes de fluide absorbés par la déformation des deux membranes. La somme des volumes de fluide représentés par les régions V1 et V2 est égale au volume de fluide représenté par la région VO du fait de la conservation du volume de fluide. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le dioptre formé par la membrane 1 est plan, voire convergent. Dans ce second mode de fonctionnement, les deux dioptres participent à la variation de focale du dispositif et permettent d'obtenir de plus grandes variations de focale. Le seuil de tension électrique mentionné ci-dessous peut être déterminé expérimentalement en faisant varier la tension électrique d'actionnement du dispositif d'actionnement de la membrane et en mesurant la tension électrique à partir de laquelle on observe une inversion de la courbure de la partie centrale de la première membrane.

Pour pouvoir obtenir une telle inversion de la déformation de la partie centrale de la première membrane entre le premier et le deuxième mode de fonctionnement, le dispositif d'actionnement étant toujours déformé dans le même sens, la première membrane doit présenter une raideur suffisamment grande.

Les figures 4A et 4B 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 4A, la membrane 1 présente une raideur suffisamment grande 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 la sur laquelle est agencé le dispositif d'actionnement 5. Dans le cas où la membrane présente une raideur uniforme dans toute sa partie déformable, les tangentes à la membrane 1 de part et d'autre de la jonction entre la région d'actionnement la et la partie centrale 1b sont confondues. La figure 4B illustre en revanche une membrane présentant une raideur trop faible pour la mise en oeuvre de l'invention. Contrairement à la membrane de la figure 4A, cette membrane se déforme uniquement dans la zone intermédiaire la où se trouve le dispositif d'actionnement, mais sa partie centrale 1 b ne se déforme pas et reste plane, se contentant de se translater par rapport à sa position de repos. Plus précisément, on définit la raideur de la membrane 1 de telle sorte que la courbure obtenue lorsque la membrane est actionnée (cf. figure 4A) soit conforme aux propriétés optiques (divergence, convergence, etc.) souhaitées pour le dispositif (cf. étape 1 de l'exemple de dimensionnement développé plus bas).

En présence du fluide 4, une membrane 1 suffisamment raide telle que celle de la figure 4A induit une pression dans le fluide, liée à la force déployée par le dispositif d'actionnement 5, et par conséquent un mouvement du fluide. Le couplage d'une telle membrane avec la membrane 2 qui est également déformable permet d'obtenir les deux régimes de fonctionnement présentés sur les figures 5A et 6A. Pour s'assurer que la membrane 1 présente une raideur suffisamment élevée, l'homme du métier peut utiliser un logiciel de modélisation par éléments finis (Comsol par exemple) pour déterminer la déformation à vide (sans pression de fluide) de la membrane sous l'effet de l'actionnement (configuration de la figure 4A).

Pour dimensionner les membranes 1 et 2 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 [11]. 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 : h 2,83 E co2) P 4 R2 6° ((Yr + 4 (1 - v2) R2 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.

A pression donnée, la conservation du volume de fluide se calcule aisément à partir des déformations de chaque membrane. Enfin, la puissance optique (c'est-à-dire l'inverse de la distance focale) d'un dispositif optique à deux membranes est donnée par la formule suivante, en utilisant l'approximation à une lentille mince : 1 1 1 - = (n - 1)(-R1 - -R2) où : n est l'indice de réfraction du fluide, R1 est le rayon de courbure du dioptre sphérique constitué par la première membrane (partie centrale optique), R2 est le rayon de courbure du dioptre sphérique constitué par la deuxième membrane (partie centrale optique), En termes de convention de signe pour R1 et R2, dans le cas d'une lentille biconvexe R1>0 et R2<0 (la puissance optique est positive). Dans le premier mode de fonctionnement qui correspond à une tension électrique d'actionnement du dispositif d'actionnement 5 de la membrane 1 inférieure au seuil précité, de nombreuses configurations optiques peuvent être obtenues selon le dimensionnement respectif de la première et de la deuxième membrane. Les figures 7A et 7B illustrent une forme d'exécution du dispositif optique 100 dans laquelle les membranes 1 et 2 ont une géométrie sensiblement identique, notamment des diamètres sensiblement égaux.

On précise que par « diamètre » on entend le diamètre de la partie deformable d'une membrane, comprenant la partie centrale et, le cas échéant, la zone d'actionnement, mais excluant la zone d'ancrage périphérique qui est fixe. Le dispositif 100 est ici représenté dans son premier mode de fonctionnement. Dans le cas où les géométries des membranes 1 et 2 sont sensiblement identiques (essentiellement en ce qui concerne leur diamètre), les courbures des deux dioptres sont sensiblement égales.

La puissance optique résultante n'est donc pas très élevée mais elle peut être ajustée finement. Par ailleurs, une telle configuration optique présente des avantages autres que la seule variation de puissance optique. En effet, en dimensionnant le dispositif en ajustant de manière adéquate l'épaisseur de fluide entre les deux membranes, et la focale associée à chacune des deux membranes, on peut, par exemple, obtenir un dispositif optique afocal ayant un effet sur le grandissement. Selon d'autres formes d'exécution, on peut adapter la géométrie des deux membranes (notamment le diamètre) pour obtenir préférentiellement une configuration de 10 ménisque divergent ou de ménisque convergent dans le premier mode de fonctionnement. Les figures 8A et 8B illustrent un dispositif optique 100 dans lequel la membrane 1 présente un diamètre inférieur à celui de la membrane 2. Pour obtenir, comme sur les figures 8A et 8B, une lentille divergente dans le premier 15 mode de fonctionnement, il faut minimiser la courbure convergente du dioptre formé par la membrane 2 et maximiser la courbure du dioptre formé par la membrane 1. A volume de fluide 4 constant (les régions hachurées V1 et V2 sur la figure 8B représentant des volumes égaux), on obtient une telle configuration divergente en augmentant, par rapport au dispositif de la figure 6A, le diamètre de la membrane 2 et en diminuant le diamètre de 20 la membrane 1 qui est actionnée. Inversement, pour obtenir, comme sur les figures 9A et 9B, une lentille convergente dans le premier mode de fonctionnement, il faut maximiser la courbure convergente du dioptre formé par la membrane 2 et minimiser la courbure du dioptre formé par la membrane 1. A volume de fluide 4 constant (égalité des volumes représentés par les 25 zones hachurées V1 et V2 sur la figure 9B), on obtient une telle configuration divergente en diminuant, par rapport au dispositif de la figure 7A, le diamètre de la membrane 2 et en augmentant le diamètre de la membrane 1 qui est actionnée. La puissance optique des dispositifs illustrés sur les figures 8A et 9A est donc beaucoup plus élevée que celle du dispositif de la figure 7A. 30 Dans le second mode de fonctionnement, dans lequel la tension électrique d'actionnement du dispositif d'actionnement de la première membrane est supérieure au seuil précité (doubles flèches), de nombreuses configurations optiques peuvent également être obtenues selon le dimensionnement respectif de la première et de la deuxième membrane. 35 Par exemple, les différentes configurations géométriques du dispositif optique illustrées sur les figures 7A, 8A et 9B permettent d'obtenir, dans le deuxième mode de fonctionnement, des puissances optiques convergentes très différentes (lentille plan convexe, lentille biconvexe symétrique ou encore lentille biconvexe asymétrique).

Selon une forme d'exécution de l'invention, pour augmenter la puissance optique du dispositif dans le deuxième mode de fonctionnement, il peut être avantageux de munir également la deuxième membrane d'un dispositif d'actionnement. Les figures 10A et 10B illustrent un dispositif optique 100 comprenant un dispositif 5' d'actionnement de la membrane 2 agencé sur une zone 2a de la membrane intermédiaire entre la zone d'ancrage périphérique 2c et la partie centrale 2b de la membrane 2. Comme dans les modes de réalisation décrits précédemment, la membrane 1 est toujours munie du dispositif d'actionnement 5. Dans le premier mode de fonctionnement (tension électrique d'actionnement du dispositif 5 inférieure au seuil précité), le dispositif d'actionnement 5' n'est pas activé et la membrane 2 se comporte donc comme décrit précédemment en référence à la figure 5A (cf. figure 10A). Dans le deuxième mode de fonctionnement (cf. figure 10B), le dispositif d'actionnement 5' est activé pour augmenter la pression dans le fluide 4 et accentuer la déformation convergente du dioptre formé par la membrane 2 par rapport à la configuration de la figure 6B. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane peut être similaire à celui de la première membrane, c'est-à-dire basé sur la même technique d'actionnement dans un unique sens.

Cependant, il est également possible de concevoir le dispositif 5' de telle sorte que, contrairement au dispositif 5, il puisse se déformer dans deux sens opposés. Ainsi, dans une première phase de fonctionnement, ce dispositif 5' est activé dans le même sens que celui du dispositif 5, donc opposé au fluide 4, pour absorber le volume de fluide déplacé par la membrane 1 tout en maintenant un dioptre correspondant à la deuxième membrane inchangé (avantageusement plan). Puis, dans une deuxième phase de fonctionnement, le dispositif 5' est activé dans le sens opposé, à savoir vers le fluide 4, pour accentuer la variation de focale du dispositif optique. Les figures 11A à 11C illustrent d'autres configurations du dispositif optique, dans lesquelles les deux membranes sont actionnées. Le dispositif est représenté dans son deuxième mode de fonctionnement. Sur la figure 11A, la membrane 1 actionnée forme un dioptre plan et la membrane 2, qui est actionnée dans le sens opposé à celui de la membrane 1, forme un ménisque convergent.

Sur la figure 11B, la membrane 1 actionnée forme un ménisque convergent et la membrane 2, qui est actionnée dans le sens opposé à celui de la membrane 1, forme un ménisque convergent.

Sur la figure 11C, la membrane 1 actionnée forme un ménisque plus convergent que celui de la figure 11 B, et la membrane 2, qui est actionnée dans le sens opposé à celui de la membrane 1, forme un ménisque convergent que sur la figure 11B. Dans les exemples décrits précédemment, la première membrane formait un dioptre divergent dans le premier mode de fonctionnement, puis un dioptre plan puis convergent dans le second mode de fonctionnement. Cependant, comme illustré sur les figures 12A et 12B, il est également envisageable, en mettant en oeuvre un dispositif d'actionnement 5 fonctionnant dans un unique sens opposé au fluide 4, contrairement aux exemples précédents, que la première membrane 1 forme un dioptre convergent dans le premier mode de fonctionnement (cf. figure 12A) puis un dioptre plan puis divergent dans le deuxième mode de fonctionnement (cf. figure 12B). Il existe donc un très grand nombre de combinaisons possibles, parmi lesquels l'homme du métier peut définir celui qui convient le mieux à l'application visée et aux performances recherchées. De préférence, les axes optiques des deux membranes sont alignés, mais il est également possible, dans d'autres modes de réalisation, de ne pas aligner lesdits axes optiques. Par ailleurs, le dispositif optique peut comprendre un empilement de plus de deux 20 membranes, les membranes étant couplées mécaniquement au moyen d'un volume de fluide maintenu entre deux membranes consécutives, la nature du fluide pouvant être différente entre deux paires de membranes. De manière optionnelle, le dispositif optique peut comprendre un substrat présentant une fonction optique (par exemple diaphragme, filtre infra-rouge, etc.) entre les deux 25 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. 30 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 35 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 silicium dans la partie centrale et la zone d'actionnement.

Exemple de dimensionnement de la première et de la deuxième membrane du dispositif optique. On détaille ci-dessous une méthodologie de conception d'un dispositif optique qui présente une puissance optique nulle au repos et qui, au cours de l'actionnement de la première membrane, devient successivement divergent puis convergent.

Etape 1 : choix du rayon de la première membrane Pour obtenir les performances optiques visées, une première étape consiste à définir le rayon de la première membrane ainsi que la déflection et la courbure requises. Par exemple, par une membrane de 1 mm de rayon, une déflection de la membrane de 85 pm correspond à une variation de focale de -85 dioptries avec un liquide d'indice 1,5 (par rapport à une position de repos plane à l'infini et pour une déflection de la membrane vers le liquide). Dans cette première étape, les variations de puissance optique recherchées doivent être surévaluées car elles seront au final moins importantes. En effet, elles sont pénalisées par l'effet de la seconde membrane : cf. le passage de -85 dioptries à finalement -7 dioptries à l'issue du calcul de dimensionnement dans l'exemple développé ci-dessous). Dans un premier temps, la largeur de la région d'actionnement sur la membrane est déterminée de façon approximative en fonction du rayon total de la membrane. Pour un rayon de 1 mm, on fixe dans un premier temps cette largeur de la région d'actionnement à 500 pm. A partir des éléments géométriques définis ci-dessus (rayon de la membrane, largeur de la région d'actionnement) et en fonction des propriétés intrinsèques de la première membrane (module d'Young, coefficient de Poisson, contrainte interne) et de son épaisseur, l'actionnement de cette membrane permettant d'obtenir les déflections et courbures visées est dimensionné à partir des techniques de l'état de l'art. En effet, la déformée de la première membrane en l'absence de fluide présentée sur la figure 4A est obtenue par l'effet de(s) actionneur(s) situé(s) en périphérie de cette membrane. Un exemple de sollicitation du dispositif d'actionnement permettant d'obtenir une telle déformée est un moment de flexion appliqué à la membrane. Le moment à appliquer sur la membrane en fonction de sa géométrie (épaisseur, diamètre) et de ses propriétés (module d'Young, contrainte interne) pour obtenir la déformée désirée sans fluide peut être déterminé en utilisant les équations détaillées dans [13] ou en réalisant des simulations par éléments finis (avec le logiciel COMSOL par exemple). Le dimensionnement de l'actionnement piézoélectrique peut alors être réalisé en utilisant les techniques de l'état de l'art.

Dans le cas d'un actionnement piézoélectrique, on peut par exemple se référer au modèle détaillé dans [14] ou [15]. Ainsi, pour un dispositif d'actionnement donné (et une tension électrique appliquée à ce dispositif), il est possible de déterminer la courbure de la membrane associée. La présente invention n'étant pas liée à la technologie d'actionnement, le dimensionnement de cette partie du dispositif, qui est à la portée de l'homme du métier, n'est pas décrit en détail ici. Dans l'exemple développé ici, les propriétés de la première membrane sont un module d'Young de 100 MPa, un coefficient de Poisson de 0,35, une épaisseur de 200 pm et une contrainte interne de 0,5 MPa.

Etape 2 : choix du rayon de la deuxième membrane Dans un premier temps, on fait l'hypothèse que, sous l'effet de l'actionnement de la première membrane, tout le fluide chassé par la première membrane déforme la deuxième membrane. Le rayon retenu pour la deuxième membrane influe directement sur la puissance optique du dispositif. Pour avoir un dispositif divergent, il faut que le rayon de la deuxième membrane soit plus grand que celui de la première membrane, comme illustré sur la figure 8A. Pour un rayon de la deuxième membrane de 1,1 mm, la puissance optique du dispositif associée à une déflection de la première membrane de 85 pm n'est plus de -85 dioptries mais de -26 dioptries.

Etape 3 : choix des propriétés mécaniques de la deuxième membrane Les propriétés de la deuxième membrane (module d'Young E, coefficient de Poisson v, contrainte interne crr) sont choisies pour que son comportement soit non-linéaire compte tenu de son rayon et des déflections requises. Il est en effet nécessaire qu'au cours de l'actionnement de la première membrane et sous l'effet de la pression du fluide, la déflection de la deuxième membrane sature quelque peu pour permettre la déformation du centre de la première membrane (contre-réaction du fluide sur la première membrane). En appelant w les déflections de la <0 2,83.E R2 Compte tenu des données retenues dans les deux premières étapes, on choisit pour la deuxième membrane un matériau minéral de module d'Young 230 GPa, de coefficient de Poisson 0,35 et de contrainte interne 0,5 MPa. Une fois les propriétés intrinsèques de la deuxième membrane définies, il suffit alors de fixer son épaisseur pour déterminer la gamme de pression de fluide correspondante dans la cavité, sur toute la gamme d'actionnement de la première membrane. Une approche itérative peut être nécessaire pour fixer l'épaisseur de la deuxième membrane car un compromis doit être trouvé. En effet, si l'épaisseur de la deuxième membrane est trop faible, alors seule la deuxième membrane se déforme sous l'effet de la pression de fluide induite par l'actionnement de la première membrane. Le dispositif optique sera alors toujours divergent (pas de contre-réaction de la partie centrale de la première membrane).

Si l'épaisseur de la deuxième membrane est trop grande, alors la deuxième membrane ne se déforme pas suffisamment et la contre-réaction de la partie centrale de la première membrane se produit dès le début de l'actionnement de la première membrane. Le dispositif optique sera alors toujours convergent. A noter toutefois que la puissance apportée par le dispositif d'actionnement doit être suffisante pour générer la pression requise dans la cavité. Dans le présent exemple, l'épaisseur retenue pour la deuxième membrane est de 10 pm. Etape 4 : mise à jour des déformées de chacune des membranes Avec la pression de fluide telle que calculée précédemment, on calcule les déformations de la deuxième membrane et de la partie centrale de la première membrane sous la pression du fluide ainsi que les volumes de fluide associés. Etape 5 : mise à jour de l'actionnement de la première membrane On recalcule alors la déflection associée de la première membrane, en prenant compte cette fois la contre-réaction et la déformation de la partie centrale de la première 30 membrane. Dans le présent exemple, la déflection initialement calculée à 85 pm passe à 87 pm. Une mise à jour des données déterminées à l'étape 1 (dimensionnement et largeur du dispositif d'actionnement, propriétés intrinsèques de la première membrane) peut être éventuellement être réalisée dans cette étape. deuxième membrane et R son rayon, la non-linéarité devient prépondérante dans la déflection de la deuxième membrane quand : 4.6,.(1 - v2) û)2 Le résultat obtenu par une telle approche est illustré sur la figure 13, qui présente la variation de puissance optique du dispositif (en dioptries) en fonction de la déflection w de la première membrane, dans le cas d'un actionnement en l'absence du fluide. La figure 14 illustre la déformation des membranes sous une pression de fluide uniforme. La courbe supérieure w2 représente la déformation de la membrane 2, la courbe inférieure w1, la déformation de la membrane 1. La courbe intermédiaire w3 représente la déformation de la membrane 2 en réajustant son diamètre à la dimension du diamètre de la partie centrale de la membrane 1, de manière à permettre la comparaison des raideurs à dimension égale Un dispositif optique tel que décrit ci-dessus peut avantageusement être incorporé à un dispositif de prise de vue comprenant une fonction zoom. A titre purement illustratif, la figure 15 représente la structure d'un dispositif de prise de vue comprenant des lentilles à focale fixe S1, S2, des lentilles liquides L1, L2 et un filtre F, le plan image étant désigné par le repère I.

L'une au moins des lentilles liquides L1, L2 de ce dispositif peut être un dispositif optique selon l'invention. Il existe de nombreuses autres configurations possibles de tels dispositifs de prise de vue et l'invention n'est pas limitée à celui-ci.

REFERENCES [1] Zoom lens Design for a Slim Mobile Camera Using Liquid Lens, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 54, N°6, June 2009, pp. 2274-2281 [2] Nonmechanical bifocal zoom telescope, Optics Letters, Vol. 35, N°15, August 1, 2010 [3] Fluidic Zoom Lens system using two single chamber Adaptative Lenses with integrated actuation, IEEE MEMS 2011, Cancun, January 23-27 35 [11] The design, Fabrication and Testing of Corrugated Silicon Nitride Diaphragms, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 3, No. 1, March 1994 [12] S. Timoshenko, Theory of Plates and Shells [4] Fluidic Zoom-Lens-on-a-Chip With Wide Field-of-View Tuning Range, IEEE 2004, pp. 1041-1135 [5] JP 2000-081504 [6] EP 2 034 338 [7] JP 11-133210 [8] FR 2 919 073 [9] FR 2 950 153 [10] FR 2 950 154 [13] A novel ultra-planar, long-stroke and low-voltage piezoelectric micromirror, Journal of Micromechanics and Microengineering 20 (2010) [14] Analysis of the deflection of a circular plate with an annular piezoelectric actuator, Sensors and actuators A133 (2007).5

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif optique (100) à variation de focale comprenant : - une première membrane (1) déformable, - une deuxième membrane (2) déformable, - un support (3) auquel une zone d'ancrage périphérique respective (1c) 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, - un dispositif (5) d'actionnement d'une région (1a) de la première membrane située entre la zone d'ancrage (1c) et une partie centrale (1 b) de la première membrane (1), configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement dans un unique sens de déflection de sorte à déplacer une partie du volume de fluide, ledit 15 déplacement du fluide étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale (1 b) de la première membrane, ledit dispositif optique (100) étant caractérisé en ce que la partie centrale (1 b) de la première membrane (1) présente une raideur suffisante pour que : - à partir d'une position de repos dans laquelle le dispositif (5) d'actionnement est 20 inactif, la première membrane (1) se déforme uniquement dans un premier sens lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement (5) une tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil et la seconde membrane (2) se déforme pour absorber le déplacement de fluide induit par la déformation de la première membrane (1), de sorte à minimiser la pression du fluide sur la première membrane, et 25 - la région d'actionnement (1a) de la première membrane restant déformée dans ledit premier sens, la partie centrale (lb) de la première membrane (1) se déforme dans un second sens opposé au premier sens sous l'effet de la pression du fluide (4) déplacé par le dispositif d'actionnement (5) lorsque l'on applique au dispositif d'actionnement (5) une tension électrique d'actionnement supérieure audit seuil. 30
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième membrane (2) présente une raideur plus faible que la partie centrale (lb) de la première membrane. 35
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'actionnement (5') d'une région d'actionnement (2a) de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage (2c) et une partie centrale (2b) deladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement (5') de la deuxième membrane (2) est apte à se déformer dans deux sens opposés en fonction de la tension électrique d'actionnement appliquée audit dispositif.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans sa configuration de repos la partie centrale (1 b) de la première membrane (1) est plane.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat s'étendant entre les deux membranes et comprenant au moins un orifice de passage du fluide, de sorte que la pression de fluide est identique de part et d'autre dudit substrat.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau de la première et/ou la seconde membrane est une résine siloxane ou un matériau minéral comprenant du silicium.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement (5) de la première membrane comprend au moins un actionneur piézoélectrique.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première ou la deuxième membrane est réfléchissante. 25
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la raideur de la première membrane est choisie pour qu'en l'absence d'une pression de fluide exercée sur ladite membrane, l'application d'une tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement (5) entraîne la déformation de la région d'actionnement (1a) et 30 de la partie centrale (1 b) de la membrane, les tangentes à la membrane de part et d'autre de la jonction entre la région d'actionnement (1a) et la partie centrale (1 b) étant confondues.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le 35 diamètre de la partie déformable (1a, 1 b) de la première membrane est différent du diamètre de la partie déformable (2a, 2b) de la deuxième membrane.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le diamètre de la partie déformable (1a, lb) de la première membrane est identique au diamètre de la partie déformable (2a, 2b) de la deuxième membrane.
13. 13. Dispositif de prise de vue comprenant au moins un dispositif optique (100) selon l'une des revendications 1 à 12.
14. 14. Procédé de variation de la focale 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 15 deuxième membranes, - un 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 (lb) de ladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement dans un unique sens de déflection, 20 ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : - l'application au dispositif d'actionnement (5) d'une première tension électrique d'actionnement inférieure à un seuil, conduisant à déformer la première membrane (1) dans un premier sens tandis que la seconde membrane (2) se déforme pour absorber le déplacement de fluide induit par la déformation de la première membrane (1) de sorte à 25 minimiser la pression du fluide sur la première membrane, - l'application au dispositif d'actionnement (5) d'une deuxième tension électrique d'actionnement supérieure audit seuil, conduisant à déformer la partie centrale (1 b) de la première membrane dans un second sens opposé au premier sens sous l'effet de la pression du fluide déplacé par le dispositif d'actionnement (5), la région d'actionnement 30 (1a) de la première membrane restant déformée dans le premier sens.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la 35 région d'actionnement (1a) et la partie centrale (1 b) vers le fluide (4), la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide (4), de sorte que la partie centrale de la première membrane forme un dioptre divergent et la deuxième membrane forme un dioptre convergent,- on applique la deuxième tension électrique de sorte à déformer la région d'actionnement (1a) vers le fluide, le déplacement du fluide (4) induisant une déformation de la partie centrale (1 b) dans le sens opposé au fluide (4), de sorte que la partie centrale de chacune des deux membranes forme un dioptre convergent.
16. 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diamètre de la partie déformable (1a, 1b) de la première membrane est inférieur au diamètre de la partie déformable (2a, 2b) de la deuxième membrane et en ce que : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la région d'actionnement (1a) et la partie centrale (1 b) vers le fluide (4), la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide (4), de sorte que le dispositif optique forme un ménisque divergent.
17. 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diamètre de la partie déformable (1a, 1 b) de la première membrane est supérieur au diamètre de la partie déformable (2a, 2b) de la deuxième membrane et en ce que : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement de sorte à déformer la région d'actionnement (1a) et la partie centrale (1 b) vers le fluide (4), la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide (4), de sorte que le dispositif optique forme un ménisque convergent.
18. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif optique comprend un dispositif d'actionnement (5') d'une région d'actionnement (2a) de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage (2c) et une partie centrale (2b) de ladite membrane, configuré pour se déformer par application d'une tension électrique d'actionnement et en ce que : - au repos la première et la deuxième membrane forment chacune un dioptre plan, - on applique la première tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement (5) de la première membrane de sorte à déformer la région d'actionnement (1a) et la partie centrale (1 b) vers le fluide (4) sans appliquer de tension électrique d'actionnement du dispositif d'actionnement (5') de la deuxième membrane, la deuxième membrane se déformant dans le sens opposé au fluide (4), de sorte que la partie centrale de la première membrane forme un dioptre divergent et la deuxième membrane forme un dioptre convergent, - on applique la deuxième tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement (5) de la première membrane de sorte à déformer la régiond'actionnement (la) vers le fluide (4) et on applique une tension électrique d'actionnement au dispositif d'actionnement (5') de la deuxième membrane vers le fluide, de sorte que à augmenter la convergence du dioptre formé par la partie centrale de la deuxième membrane.5