具有扩展的变形范围的电活性致动器和可变形透镜制造技术

一种机电致动器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有扩展的变形范围的电活性致动器和可变形透镜


[0001]本公开涉及机电致动器以及用于形成和集成这种致动器的方法
。
[0002]本公开的
技术介绍

[0003]聚合物
、
陶瓷和其他介电材料可以被结合到各种光学和电光设备构架中，这些光学和电光设备构架包括有源和无源光学器件和电活性
(electroactive)
设备
。
例如，包括电活性聚合物和陶瓷的电活性材料可能会在电场的影响下改变其形状
。
这种材料已经被研究用于各种技术，这些技术包括致动
、
感测和能量收集
。
重量轻且适合的
(conformable)
电活性聚合物和陶瓷可以被结合到可穿戴设备
(
例如，触觉设备
)
中，并且对于包括虚拟现实
/
增强现实设备的新兴技术是有吸引力的候选材料，其中，这些虚拟现实
/
增强现实设备需要舒适
、
可调整的形状要素
。
[0004]例如，虚拟现实和增强现实眼镜设备或头戴式设备可以使用户体验多种事件，例如在计算机生成的模拟的三维世界中与人互动或查看叠加在真实世界视图上的数据
。
虚拟现实
/
增强现实眼镜设备和头戴式设备还可以用于娱乐以外的目的
。
例如，政府可以使用这样的设备进行军事训练，医疗专业人员可以使用这样的设备来模拟手术，工程师可以使用这样的设备作为设计可视化辅助工具
。
[0005]这些应用和其他应用可以利用薄膜电活性材料的一种或多种特性
(
包括用于操纵光的折射率和用于产生横向变形
(
例如，横向膨胀或收缩
)
的泊松比
)
，作为对导电电极之间压缩的响应
。
包含电活性层的示例虚拟现实
/
增强现实组件可以包括可变形光学器件，例如反射镜
、
透镜或自适应光学器件
。
一个或多个电活性层的变形可以用于致动光学组件中的光学元件，例如透镜系统
。
例如，电活性材料类致动器可以用于调谐液体透镜的光焦度
(optical power)。
[0006]尽管许多电活性聚合物和陶瓷的非常薄的层可以是高度透明的，但是可实现的力或位移输出可能会将它们的使用限制在系统功能要求之外的应用空间
。
此外，屈曲的开始和不可逆变形的产生或柱面
(cylindrical)
曲率的诱导可能会使光学元件不能令人满意或不能用于特定的应用
。
[0007]本公开的
技术实现思路

[0008]根据本公开的第一方面，提供了一种机电致动器，该机电致动器包括：主电极；副电极，该副电极覆盖在主电极的至少一部分上；以及电活性层，该电活性层设置在主电极与副电极之间，其中，该电活性层在主电极与副电极之间被施加零电压时具有第一曲率
、
以及在主电极与副电极之间被施加非零电压时具有第二曲率
。
[0009]在一些实施例中，该电活性层可以包括介电弹性体
、
压电聚合物或电致伸缩聚合物
。
[0010]在一些实施例中，该电活性层可以包括
PVDF
均聚物
、P(VDF
‑
TrFE)
共聚物
、P(VDF
‑
TrFE
‑
CFE)
三元聚合物或
P(VDF
‑
TrFE
‑
CTFE)
三元聚合物
。
[0011]在一些实施例中，该电活性层可以包括压电陶瓷
、
电致伸缩陶瓷
、
多晶陶瓷或单晶陶瓷中的至少一种
。
[0012]在一些实施例中，该电活性层可以包括钙钛矿陶瓷
。
[0013]在一些实施例中，该电活性层可以包括离子导电材料
。
[0014]在一些实施例中，该电活性层可以包括热响应型形状记忆聚合物
(thermally responsive shape memory polymer)。
[0015]在一些实施例中，第一曲率和第二曲率可以各自包括球面轮廓
。
[0016]在一些实施例中，第一曲率和第二曲率可以各自包括具有小于约
1500mm
的曲率半径的球面轮廓
。
[0017]在一些实施例中，第一曲率可以具有第一曲率半径
(r1)
，第二曲率可以具有第二曲率半径
(r2)
，
r1
基本上等于
‑
r2。
[0018]在一些实施例中，第一曲率和第二曲率可以各自基本上没有柱面曲率
。
[0019]在一些实施例中，该机电致动器还可以包括可变形无源层，该可变形无源层位于电活性层与主电极之间，其中，该可变形无源层包括选自由凝胶
、
泡沫
、
液体
、
气体和聚合物组成的组的材料
。
[0020]在一些实施例中，该机电致动器可以是光学透明的
。
[0021]在一些实施例中，该机电致动器的表面可以具有至少约
80
％的镜面反射率
(specular reflectivity)。
[0022]根据本公开的另一方面，提供了一种包括第一方面的机电致动器的液体透镜
。
[0023]根据本公开的另一方面，提供了一种液体透镜，该液体透镜包括：基板；电活性层，该电活性层覆盖在基板上；液体层，该液体层设置在基板与电活性层之间；以及密封件，该密封件在液体层外围位于基板与电活性层之间，其中，该电活性层在电活性层上被施加零电压时具有第一曲率
(r1)、
以及在电活性层上被施加非零电压时具有第二曲率
(r2)
，
r1
基本上等于
‑
r2。
[0024]在一些实施例中，该液体透镜还可以包括可变形无源层，该可变形无源层覆盖在电活性层的主表面上
。
[0025]在一些实施例中，该液体透镜在
‑1屈光度至
+1
屈光度的光焦度范围内的光学误差指标
(indicator)
可以小于约
0.15。
[0026]根据本公开的另一方面，提供了一种方法，该方法包括：在透明基板上形成致动器，该致动器包括设置在主电极与副电极之间的电活性层，该电活性层在主电极与副电极之间被施加零电压时具有第一曲率半径
(r1)
；以及向电极中的至少一者施加非零电压，以在电活性层中诱导第二曲率半径
(r2)
，其中，
r1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种机电致动器，所述机电致动器包括：主电极；副电极，所述副电极覆盖在所述主电极的至少一部分上；以及电活性层，所述电活性层设置在所述主电极与所述副电极之间，其中，所述电活性层在所述主电极与所述副电极之间被施加零电压时具有第一曲率
、
以及在所述主电极与所述副电极之间被施加非零电压时具有第二曲率
。2.
根据权利要求1所述的机电致动器，其中，所述电活性层包括：
i.
介电弹性体
、
压电聚合物或电致伸缩聚合物；
ii.PVDF
均聚物
、P(VDF
‑
TrFE)
共聚物
、P(VDF
‑
TrFE
‑
CFE)
三元共聚物或
P(VDF
‑
TrFE
‑
CTFE)
三元聚合物；
iii.
压电陶瓷
、
电致伸缩陶瓷
、
多晶陶瓷或单晶陶瓷中的至少一种；
iv.
钙钛矿陶瓷；
v.
离子导电材料；和
/
或
vi.
热响应型形状记忆聚合物
。3.
根据权利要求1或2所述的机电致动器，其中，所述第一曲率和所述第二曲率各自包括球面轮廓
。4.
根据权利要求
1、2
或3所述的机电致动器，其中，所述第一曲率和所述第二曲率各自包括具有小于约
1500mm
的曲率半径的球面轮廓
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的机电致动器，其中，所述第一曲率具有第一曲率半径
(r1)
，所述第二曲率具有第二曲率半径
(r2)
，
r1
基本上等于
‑
r2。6.
根据前述权利要求中任一项所述的机电致动器，其中，所述第一曲率和所述第二曲率各自基本上没有柱面曲率
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的机电致动器，其中，所述机电致动器还包括可变形无源层...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：