[发明专利]电活性光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及电活性光学装置，特别是电活性透镜，以及制造这种装置的方法。

背景技术

电活性光学装置是可使用电活性效应改变形状的光学装置。特别是，电活性光学透镜是可使用电活性效应改变焦距的透镜。

术语“电活性效应”描述电场诱发的固体或液体的变形。该变形可能归因于电极之间的库仑力和/或归因于电场中电离子和/或多极子(特别是双极子)的重新排列。电活性材料的例子是：介电弹性体、电致伸缩松弛剂铁电性聚合物、压电性聚合物(PVDF)、液晶弹性体(热)、离子聚合物金属复合材料、机械力化学聚合物/凝胶。

已知各种电活性透镜设计。

例如，WO2008/044937描述了圆形压电性晶体使薄玻璃盖弯曲并从而提供了透镜组件的焦距的偏移的装置。然而，基于压电性晶体的装置制造起来比较昂贵。

WO2005/085930涉及例如可配置为双凸透镜的自适应光学元件。该透镜由包括电活性聚合物层的聚合物致动器(polymer actuator)和层电极组成。施加10kV数量级或更高的电压导致聚合物层的变形，进而导致透镜的直接变形。由于需要高电压控制该装置，所以其不太适合于很多应用。

此外，现有技术中的这些类型的装置通常显示出老化效应，所述老化效应随着时间的推移降低它们的性能。

最后，已知各种使用充液透镜的装置。这些装置具有多种缺点。特别是，由于外力(例如加速、重力效应或振动)而导致它们容易发生形变。

发明内容

因此，本发明的总体目的是提供一种可靠的且克服上述缺陷中的至少部分缺陷的这种类型的装置。

该目的通过权利要求1的电活性装置来实现。因此，该装置包括弹性光学元件和与该光学元件横向相邻地布置的电活性元件。电活性元件包括至少一个电极对，在所述电极对的电极之间布置有弹性电活性材料，有利地是介电弹性体。当将电压施加到电极对之上时，电极对的电极之间的轴向距离改变，即增加或减小，由此弹性地改变与电极对相邻的光学元件中的第一区域的体积(即，轴向扩展范围(axial extension))。这进而导致所述第一区域和第二区域之间的光学元件中的材料的径向位移。所述区域中的一个在轴向上弹性地膨胀，而另一个弹性地收缩。在电极对上没有电压的情况下，光学元件处于机械松弛的状态。

通过改变两个区域的轴向扩展范围并从而使光学元件的材料发生径向位移，可实现光学元件的表面的曲率的强改变。

这种设计采用了电活性致动器的优点(例如，其潜在地容易的制造过程、大的变形和低的致动电压)，同时提供具有长的使用期限的解决方案，因为在没有电压的情况下，该装置处于弹性松弛的状态，所以，与由预应变固体形成并因此处于连续的应变下的装置相比，该装置更加不容易疲劳。

有利地，施加电压将会导致电极之间的距离减小，进而减小光学元件的所述第一区域的体积。另外，电极之间的压缩的电活性材料可将横向的压力施加到光学元件上。这两个效应的结合使光学元件进入强变形的状态。

在大多数情况下，当将电压施加到电极对时，上面的效应会导致光学元件的厚度的增加。

有利地，电活性元件包括堆叠的多个电极对，在所述电极对之间具有间隙。有利地，所述间隙被电活性材料填充。这种设计允许用低的驱动电压获得光学元件中的材料的大体积位移。

在发明的另一方面中，其目的是提供这种装置的有效的制造方法。该目的通过第二个独立权利要求来实现。由此，该方法包括下列步骤：

a)提供多个第一电极，

b)将电活性材料层施加到所述第一电极之上，

c)将多个第二电极施加到所述第一电极之上，其中第一电极对应于每一个第二电极，以及

d)将所述步骤a)、b)和c)得到的组件分离为多个所述电活性装置。

可以看出，该过程允许通过共用的步骤a)、b)和c)同时形成多个装置，从而减少了制造成本。

有利地，为了制造能够以低电压控制的装置，重复步骤b)和c)，以便形成堆叠的多个电极对。

附图说明

当考虑到本发明的下面的详细描述时，将会更好地理解本发明，并且，除上述目的以外的目的将变得明显。参照附图进行这种描述，在附图中：

图1是在没有施加电压的情况下的透镜的截面图；

图2是图1中的透镜的顶视图；

图3是在施加电压的情况下的图1的透镜；

图4是制造过程中的第一步骤；

图5是制造过程中的第二步骤；

图6是制造过程中的第三步骤；

图7是制造过程中的第四步骤；