可调的光学透镜的制作方法_4

文档序号:9287970阅读:来源:国知局
与第一电极104之间施加等于零的电压VI,分别在区段SI和S3与第一电极104之间施加电压V3 =V4,并且在第一区段S2与第一电极104之间施加电压V2,使得遵守V2>V3>V1的电压不等式,得到了这样的结果。由于横跨第二区段T1-T4形成的电压梯度,膜的顶点1030向右偏移。
[0081]图9c示出相反的情形,其中,透镜的轴心在相反方向上移动,例如,向左移动。在第二电极106的第一区段S2与第一电极104之间施加等于零的电压V2,分别在区段SI和S3与第一电极104之间施加电压V3 = V4,并且在第一区段S2与第一电极104之间施加电压V2,使得遵守V1>V3>V2的电压不等式,得到了这样的结果。由于横跨第二区段T1-T4形成的电压梯度,膜的顶点1030向右偏移。
[0082]因此,根据施加的电压V1-V4,透镜可以在平面方向上移动。这种效果可以被用于图像稳定。当所有电压V1-V4被保持在相等大小时,在不移动透镜中心的情况下,可以调整透镜的焦距。通过将偏移电压分量和变化分量施加到电压Vl到V4,聚焦效果可以与移位效果结合。此外,如图7所示的刚性环115可以被置于膜103上。该环帮助对不均匀膜变形进行补偿,该不均匀膜变形是在使用静电致动对透镜的中心进行偏移时由于透镜的非均匀变形导致的。刚性环可以与膜一起移动并充当横向可移动透镜成形器,该成形器限定透镜的形状。
[0083]此外,如果电压Vl = V2并且电压V3 = V4且Vl # V3,那么透镜非对称地变形,导致椭圆透镜。
[0084]第二电极106的第一区段S1-S4和第二电极106的第二区段T1-T4可以具有任何几何形状,其包括圆形、矩形和任何适当的形状。第二电极106的第一区段S1-S4中的全部或某些还可以这样放置,使得它们仅与第二电极106的第二区段T1-T4中的一个接触。为了至少将膜的顶点/中心偏移一定程度,第二电极的最小配置似乎提供第二电极106的两个第一区段S1-S4,并且在这两个第一区段S1-S4之间提供一个第二区段T1-T4。假如第二电极示出诸如环的圆周形状,例如,为了至少将膜的顶点/中心偏移一定程度,第二电极的最小配置似乎提供两个第一区段S1-S4、两个第二区段T1-T4,第二区段T1-T4中的每一个都被设置在两个第一区段S1-S4之间。
[0085]图1Oa和图1Ob示出与图4A和图4B中示出实施例类似的凹凸静电透镜的另一个版本。
[0086]在该实施例中,保持器107被置于光学流体102内,光学流体102由可变形膜103和支撑体101所封闭。保持器107包含第二电极106和薄绝缘层105。可以选择流体的体积,从而使得膜在其无源状态(passive state)中是凹的,如图1Oa所示。当如图1Ob所示电压被施加到与膜103互连的第一电极104和第二电极106时,光学流体102穿过交换孔110从透镜的周边进入到透镜的中心。该实施例的主要优点在于,保持器107充当透镜成形器,从而赋予透镜被限定的圆周。如果在无源状态中透镜是凹的,那么不需要将保持器107接合到膜103,这是由于在有源状态中膜通过静电力被保持在适当位置。与图4中的示出的实施例相比,主要优点在于,当从无源状态变为有源状态时,膜103可以从凹的/平坦的透镜配置变为平坦的/凸的透镜配置。
[0087]支撑体101和保持器107可以是一片或者两个分开的片,例如,其使用注模来制造。如果使用注模来将支撑体101和保持器107形成为一个部件,那么交换孔110可以使用插入管(inset tube)来形成。或者,该片可以以倾斜的方式被安装在注模装置中,并且侧面动作工具(side act1n tool)可以产生开口。
[0088]图lla、llb和IIc示出本发明的不同实施例。膜103与两个可变形电极104和114互连,即,与各处于膜103的一侧的第一电极104和第三电极114互连。第一电极104与第二电极106(即,刚性电极,其通过薄绝缘层105隔离)形成拉链式致动器。第三电极114和第四电极116(即,也是刚性电极)形成第二拉链式致动器,其被嵌入到支撑体101中,并通过薄绝缘层105隔离。当电压V1被施加到第一电极104与第二电极106之间时,可变形膜103的中心向支撑体101移动。当电压V2被施加到第三电极114与第四电极116之间时,可变形膜103的中心部分形成凸透镜。在致动期间,交换孔110和112允许流体102和空气移位。保持器107的内缘充当透镜成形器元件109,从而赋予透镜被限定的圆周。
[0089]在膜103没有被接合到成形器元件109的情况中,空气交换孔110可以被省略。类似地,在膜103没有被接合到保持架111的情况中,用于液体交换的孔112可以被省略。因此,液体流将在膜103与保持架(retainer) 111之间穿过,空气流将在膜103与透镜成形元件109之间穿过。在对透镜的可控性和速度进行折中的情况下,这可以使制造更容易。
[0090]下面建议的材料和制造方法适用于图1到图11中描述的所有实施例。
[0091]优选地,第一电极104在不受到损坏的情况下是可变形的。因此,有利地,第一电极104由下面的材料之一制造,第二电极106可能也由下面的材料之一制造,这些材料也适用于第三电极114:
[0092]-碳纳米管(参见“Self-clearable carbon nanotube electrodes for improvedperformance of dielectric elastomer actuators,,,Wei Yuan et al,Proc.SPIE,Vol.6927,69270P(2008));
[0093]-碳黑(参见 “Low voltage, highly tunable diffract1n grating basedon dielectric elastomer actuators,,,M.Aschwanden et al., Proc.SPIE, Vol.6524,65241N(2007));
[0094]-碳油脂/导电油脂;
[0095]-金属离子(Au、Cu、Cr......)(参见 “Mechanical properties of electroactive
polymer microactuators with 1n-1mplanted electrodes,,,S.Rosset et al.,Proc.SPIE, Vol.6524, 652410(2007));
[0096]-液体金属(例如,Galinstan);
[0097]-金属粉末,尤其是金属纳米颗粒(金、银、铜);
[0098]-金属膜;
[0099]-导电聚合物(固有导电的或复合物(composite));
[0100]电极104和106可以通过任意下面技术来沉积,其也适用于电极114和116:
[0101]-喷涂;
[0102]-离子注入(参见“Mechanical properties of electroactive polymermicroactuators with 1n-1mplanted electrodes,,,S.Rosset et al.,Proc.SPIE,Vol.6524,652410(2007));
[0103]-PVD、CVD ;
[0104]-蒸发;
[0105]-溅射;
[0106]-光刻;
[0107]-印刷,尤其是接触式印刷、喷墨印刷、激光印刷和丝网印刷;
[0108]-场引导的自组装(参见,例如“Localsurface charges direct the deposit1nof carbon nanotubes and fullerenes into nanoscale patterns,,,L.Seemann,A.Stemmer, and N.Naujoks,Nano Letters 7,10,3007-3012,2007);
[0109]-刷涂;
[0110]-电极电镀;
[0111]可选地,支撑体101可以包含具有适当形状的光学元件,例如:
[0112]-球面透镜(凸的和凹的)
[0113]-菲涅耳透镜
[0114]-柱面透镜
[0115]-非球面透镜(凸的和凹的)
[0116]-平面;
[0117]-反射镜;
[0118]-正方形、三角形、线或棱锥;
[0119]-任何微结构(例如,微透镜阵列、衍射光栅、全息图)或纳米结构(例如,抗反射涂层)可以被集成到支撑体101和可变形膜103中。当抗反射层被施加到可变形膜103的至少一个表面时,其有利地由尺寸小于透射光的波长的精细结构形成。通常,对于红外应用,该尺寸可以小于5 μ m,对于近红外应用,小于I μ m,并且对于使用可见光的应用,小于200nmo
[0120]例如,下面的任何一种方法可以被用来形成抗反射涂层:
[0121]-浇铸,尤其是注模/模制处理;
[0122]-纳米压印,例如,通过热压花纳米尺寸的结构;
[0123]-蚀刻(例如,化学蚀刻或等离子蚀刻);
[0124]-溅射;
[0125]-热压花;
[0126]-软光刻(即,将聚合物浇铸在预先成形的基底上);
[0127]-化学自组装(参见,例如“Surf
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