用于透明的电活性换能器的抗反射涂层的制作方法

用于透明的电活性换能器的抗反射涂层
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年3月26日提交的美国申请第16/364,228号的优先权，该美国申请的内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
3.背景
4.聚合物材料和其他介电材料可以被并入到多种光学装置和电光装置架构中，包括有源光学装置和无源光学装置以及电活性装置。例如，电活性材料，包括电活性聚合物(eap)材料，可以在电场的影响下改变它们的形状。eap材料已经被研究用于多种技术，包括致动、传感和/或能量收集。重量轻且适形的电活性聚合物可以被并入到诸如触觉装置的可佩戴装置中，并且是用于新兴技术的有吸引力的候选物，所述新兴技术包括其中期望舒适的、可调节的形状因子的虚拟现实装置/增强现实装置。
5.虚拟现实和增强现实眼镜装置(eyewear device)或头戴装置可以使用户能够体验事件，例如在计算机生成的三维世界模拟中与人的交互或者观看叠加在真实世界视图上的数据。虚拟现实/增强现实眼镜装置和头戴装置还可以用于除了娱乐以外的目的。例如，政府可以使用这样的装置用于军事训练，医疗专业人员可以使用这样的装置来模拟手术，并且工程师可以使用这样的装置作为设计可视化辅助。
6.这些应用和其他应用可以利用薄膜电活性材料的一种或更多种特性，包括泊松比，来产生横向变形(例如，横向膨胀或收缩)，作为对导电电极(conductive electrode)之间的压缩的响应。包含电活性层的示例性的虚拟现实/增强现实组件可以包括可变形的光学器件(deformable optics)，诸如镜子、透镜或自适应光学器件(adaptive optics)。电活性聚合物的变形可以被用于致动光学组件中的光学元件，诸如透镜系统。
7.虽然许多电活性聚合物和压电陶瓷的薄层可以是固有地透明的，但是关于它们并入到光学组件或光学装置中，在这样的材料和邻近的层诸如空气之间的折射率的变化可能导致光散射和光学质量或性能的相应劣化。因此，尽管最近有所发展，但提供具有改善的致动特性的聚合物材料或其他介电材料将是有利的，所述致动特性包括在光学透明包装中的可控且稳健的变形响应。
8.概述
9.如下文将更详细地描述的，本公开内容涉及可致动且透明的光学元件以及用于形成这样的光学元件的方法。光学元件可以包括抗反射涂层，该抗反射涂层改善了光学元件的光学清晰度(optical clarity)，同时在多个致动循环(actuation cycle)中表现出机械稳定性，例如应变和/或疲劳耐受性。
10.光学元件可以包括夹在导电电极之间的电活性材料层。电活性层可以包括例如聚合物或陶瓷材料，而电极可以各自包括一层或更多层任何合适的导电材料，诸如透明导电氧化物(例如，诸如ito的tco)、石墨烯等。根据多种实施方案，光学元件的光学透射率(optical transmissivity)可以通过将抗反射涂层(arc)并入到光学元件的几何结构中来改善。例如，抗反射涂层的层可以被设置在任一个电极或两个电极上，并且可以包括一个或更多个用于降低在电极和邻近的介质之间的折射率的梯度的材料层。
11.可以构成arc涂层的一部分的电极可以用于影响大规模变形，即经由全区域覆盖来影响大规模变形，或者电极可以被图案化以提供空间上局部化的应力/应变概况(stress/strain profile)。在特定的实施方案中，可变形的光学元件和电活性层可以被共同集成，由此可变形的光学元件本身可以是可致动的。此外，公开了形成光学元件的多种方法，包括基于溶液的沉积技术和固态沉积技术。
12.根据某些实施方案，包括设置在透明电极之间的电活性层并且还包括抗反射涂层(arc)的光学元件可以被并入到多种装置架构中，其中在电活性层中实现的电容致动和伴随的应变(即，在施加的电场的方向上的横向膨胀和压缩)可以在装置内的一个或更多个邻近的活性层中引起变形，并且因此改变活性层的光学性能。横向变形可以在锚定的薄膜的情况下基本上是一维的，或者是二维的。在一些实施方案中，通过相反地施加的电压被交替地置于膨胀和压缩中的两个或更多个电活性层的工程化变形可以被用于在装置堆叠(device stack)中引起弯曲或曲率变化，这可以被用于提供光学调谐，诸如聚焦或像差控制。
13.根据多种实施方案，光学元件可以包括被设置在基底上的抗反射涂层。根据本公开内容的一个方面，这样的抗反射涂层可以包括被设置在基底上的光学透明且导电的层，即电极，以及被设置在导电层(electrically conductive layer)上的介电层。如将理解的，基底可以包括电活性材料。
14.抗反射涂层可以是光学透明的，并且因此表现出小于10％的雾度(haze)和在可见光谱内的至少50％的透射率。例如，抗反射涂层可以被配置成在106个致动循环内保持至少50％的透射率以及高达约1％的诱导工程应变(induced engineering strain)。在一些实施方案中，抗反射涂层可以表现出在可见光谱内小于约3％的反射率。
15.在一些实施方案中，导电层，即电极，可以被设置在基底的一部分上，并且可以包括诸如透明导电氧化物(例如，ito)、石墨烯、纳米线或碳纳米管的材料。导电层的折射率可以是恒定的，或者可以沿着其至少一个维度而变化，例如，导电层的折射率可以作为其厚度的函数而变化。在一些实施方案中，介电层可以包括纹理化的表面(textured surface)。在一些实施方案中，导电网可以被设置成邻近导电层。导电网可以比导电层较不透明，但是具有比导电层大的电导率。
16.介电层可以包括任何合适的介电材料，包括二氧化硅、氧化锌、氧化铝和/或氟化镁，尽管还预期另外的介电材料。在一些实施方案中，介电层可以被配置成多层堆叠或者可以包括多层堆叠。举例来说，多层堆叠可以包括直接设置在导电层上的氧化锌层和设置在氧化锌层上的二氧化硅层。可以使用另外的层，诸如在包括第一介电材料和第二介电材料的交替层的架构中使用另外的层。根据一些实施方案，独立于介电层的数目，介电层的折射率可以小于导电层的折射率，而导电层的折射率又可以小于基底的折射率。
17.还公开了一种光学元件，所述光学元件可以包括透明的电活性层、设置在电活性层的第一表面上的初级抗反射涂层(primary anti
‑
reflective coating)以及设置在电活性层的与第一表面相对的第二表面上的次级抗反射涂层(secondary anti
‑
reflective coating)。初级抗反射涂层可以包括直接设置在电活性层的第一表面上的初级导电层(primary conductive layer)和设置在初级导电层上的初级介电层(primary dielectric layer)，而次级抗反射涂层可以包括直接设置在电活性层的第二表面上的次级导电层
(secondary conductive layer)和设置在次级导电层上的次级介电层(secondary dielectric layer)。
18.在一些实施方案中，电活性层可以包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(electrostrictive polymer)、压电陶瓷或电致伸缩陶瓷。电活性层可以包括聚合物层，诸如介电弹性体。示例性的聚合物材料包括pvdf均聚物、p(vdf
‑
trfe)共聚物、p(vdf
‑
trfe
‑
cfe)三元共聚物或p(vdf
‑
trfe
‑
ctfe)三元共聚物。在另外的实施方案中，电活性层可以包括陶瓷层，诸如压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、多晶陶瓷或单晶陶瓷。示例性的电活性陶瓷可以包括一种或更多种铁电陶瓷，诸如钙钛矿陶瓷。
19.在示例性的光学元件中，初级抗反射涂层和次级抗反射涂层中的每一种可以被配置成在106个致动循环内保持至少50％的穿过其的透射率以及高达约1％的伴随的工程应变。光学元件还可以包括设置在初级介电层和次级介电层中的一个上的液体透镜或其他光学元件，并且在某些实施方案中，可以被并入到头戴式显示器中。
20.根据另外的实施方案，一种方法可以包括在电活性基底上形成导电层，并且在导电层上形成介电层以形成光学元件，其中光学元件表现出小于10％的雾度和在可见光谱内的至少50％的透射率。在多种方法中，导电层和介电层可以顺序地或同时地形成，诸如通过共挤出形成。
21.在某些实施方案中，电活性层可以被预加应力，并且因此当在初级电极和次级电极之间施加零电压时，表现出非零应力状态。
22.许多电活性材料，包括多种电活性陶瓷，具有相对大的折射率(例如，n>2)。如将理解的，在包括电活性材料的光学装置中，例如，折射率失配(refractive index mismatch)，即在这样的材料和空气(n＝1)之间折射率的不连续变化，可能产生不期望的反射损耗。
23.根据一些实施方案，抗反射涂层可以操作以逐渐降低电活性层和相邻的通常较低折射率材料之间的折射率。在多种实施方案中，抗反射涂层可以包括多个不同折射率的层和/或一个或更多个具有折射率梯度的层。在一些实施方案中，光学透明的导电层，即电极，可以被并入到抗反射涂层中。
24.在具有多层架构的光学元件中，光学元件可以包括第三电极和第二电活性层，所述第三电极与次级电极的至少一部分重叠，所述第二电活性层被设置在次级电极和第三电极之间并且与次级电极和第三电极邻接。在示例性的装置中，第一电活性层和第二电活性层中的一个可以处于横向压缩的状态，而第一电活性层和第二电活性层中的另一个可以处于横向膨胀的状态。
25.来自这些实施方案或其他实施方案中的任何一个的特征可以根据本文描述的一般原理彼此组合使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些实施方案和其他实施方案、特征和优点将被更充分地理解。
26.附图简述
27.附图示出了许多示例性的实施方案，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开内容的多种原理。
28.图1是根据一些实施方案的包括设置在导电层上的介电层的抗反射涂层的图示。
29.图2示出了根据一些实施方案的具有设置在导电层上的一对介电层的抗反射涂层。
30.图3示出了根据一些实施方案的具有设置在一对导电层上的介电层的抗反射涂层。
31.图4描绘了根据某些实施方案的被配置为多层堆叠的抗反射涂层。
32.图5描绘了根据另外的实施方案的被配置为多层堆叠的抗反射涂层。
33.图6是根据一些实施方案的包括设置在导电层上的渐变折射率介电层(graded index dielectric layer)的抗反射涂层的图示。
34.图7是根据某些实施方案的包括设置在导电层上的具有纹理化的表面的介电层的抗反射涂层的图示。
35.图8示出了根据一些实施方案的具有设置在相对表面上的抗反射涂层的光学元件。
36.图9是根据多种实施方案的示例性头戴式显示器的示意性图示。
37.图10是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性人工现实头带的图示。
38.图11是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性增强现实眼镜的图示。
39.图12是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性虚拟现实头戴装置的图示。
40.在整个附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元件。虽然本文描述的示例性实施方案易于进行多种修改和替代形式，但是特定的实施方案已经通过附图中的实例被示出，并且将在本文被详细地描述。然而，本文描述的示例性实施方案不意图限于所公开的特定形式。而是，本公开内容覆盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代物。
41.示例性实施方案的详细描述
42.本公开内容总体上涉及光学元件，并且更具体地，涉及包括电活性层的光学元件，所述电活性层具有在其至少一个表面上形成的抗反射涂层(arc)。电活性层可以被电容性地致动以使光学元件变形，并且因此改变其光学性能。举例来说，光学元件可以位于诸如液体透镜的光学装置的透明孔隙内，尽管本公开内容不被特别地限制，并且可以应用于更广泛的上下文中。举例来说，光学元件可以被并入到有源光栅、可调谐透镜、适应性光学元件(accommodative optical element)或自适应光学器件及类似物中。根据多种实施方案，光学元件可以是光学透明的。
43.如本文所使用的，“透明”或“光学透明”的材料或元件可以例如在可见光谱内具有至少约50％的透射率，例如约50％、60％、70％、80％、90％、95％、97％、98％、99％或99.5％的透射率，包括任何前述值之间的范围；以及小于约80％的雾度，例如约1％、2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％的雾度，包括任何前述值之间的范围。根据一些实施方案，“完全透明”的材料或元件在可见光谱内可以具有至少约80％的透射率(即，光学透射率)，例如约80％、90％、95％、97％、98％、99％或99.5％的透射率，包括任何前述值之间的范围；以及小于约10％的雾度，例如约0％、1％、2％、4％、6％或8％的雾度，包括任何前述值之间的范围。
44.根据多种实施方案，光学元件可以包括初级电极、与初级电极的至少一部分重叠的次级电极、以及设置在初级电极和次级电极之间并且与初级电极和次级电极邻接的电活性层，其中光学元件是至少部分地光学透明的。形成抗反射涂层的一个或更多个另外的介电层可以被设置在电活性层的任一个表面或两个表面上。电活性层可以包括一种或更多种
电活性材料。
45.电活性材料
46.光学元件可以包括一种或更多种电活性材料，诸如电活性聚合物或陶瓷，并且还可以包括另外的部件。如本文所使用的，在一些实例中，“电活性材料”可以指的是当受到电场刺激时表现出大小或形状的变化的材料。在一些实施方案中，电活性材料可以包括关于电荷可以是对称的(例如，聚二甲基硅氧烷(pdms)、丙烯酸酯等)或不对称的(例如，极化的聚偏二氟乙烯(pvdf)或其共聚物例如聚(偏二氟乙烯
‑
共
‑
三氟乙烯)(pvdf
‑
trfe))的可变形的聚合物或陶瓷。另外的基于pvdf的聚合物可以包括聚(偏二氟乙烯
‑
三氟乙烯
‑
氯氟乙烯(p(vdf
‑
trfe
‑
cfe))或聚(偏二氟乙烯
‑
三氟乙烯
‑
氯三氟乙烯(p(vdf
‑
trfe
‑
ctfe))。
47.对于如pvdf均聚物的压电聚合物，压电响应可以通过改变聚合物基质内的晶体含量和晶体取向来调整，例如通过单轴拉伸或双轴拉伸，任选地随后是极化来调整。pvdf均聚物中的压电性的起源被认为是β相微晶多晶型物，它是pvdf相中最具电活性和极性的。β相结构的对齐(alignment)可以被用于实现期望的压电效应。可以进行极化以对齐β相并且增强压电响应。其他压电聚合物，诸如pvdf
‑
trfe和pvdf
‑
trfe
‑
cfe，可以在形成时被适当地取向，并且这样的聚合物的压电响应可以通过在有或没有拉伸的情况下的极化来改善。
48.形成电活性聚合物的材料的另外的实例可以包括但不限于苯乙烯，聚酯，聚碳酸酯，环氧树脂，卤化的聚合物诸如pvdf、pvdf的共聚物诸如pvdf
‑
trfe，有机硅聚合物和/或任何其他合适的聚合物或聚合物前体材料，包括乙酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、乙基乙氧基丙烯酸乙酯、2
‑
氯乙基乙烯基醚、丙烯酸氯甲酯、甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸酯低聚物、异氰酸酯、烯丙基缩水甘油醚、n
‑
羟甲基丙烯酰胺或其混合物。示例性的丙烯酸酯可以是自由基引发的。这样的材料可以具有任何合适的介电常数或相对电容率(relative permittivity)，诸如例如在从约2至约30范围内的介电常数。
49.在存在静电场(e
‑
场)的情况下，电活性材料可以根据所施加的场的幅度和方向而变形(例如，压缩、伸长、弯曲等)。这样的场的产生可以例如通过将电活性材料放置在两个电极即初级电极和次级电极之间来实现，每个电极处于不同的电势。随着电极之间的电势差(即，电压差)增加(例如，从零电势开始增加)，变形的量也可以增加，主要是沿着电场线增加。当已经达到一定的静电场强度时，这种变形可能达到饱和。在没有静电场的情况下，电活性材料可以处于其松弛状态，不经历诱导变形，或者等效地说，不经历内部或外部的诱导应变。
50.在一些情况下，在存在静电场(e
‑
场)的情况下，电活性材料的压缩性质的物理起源(是在相反电荷之间产生的力)是麦克斯韦应力(maxwell stress)的物理起源，其在数学上用麦克斯韦应力张量表示。由给定的e
‑
场诱导的应变或变形的水平取决于e
‑
场强度的平方、以及电活性材料的介电常数和弹性柔度(elastic compliance)。在这种情况下，柔度是应变相对于应力的变化，或者等效地，更实际地说，是位移相对于力的变化。在一些实施方案中，电活性层可以被预应变(或预加应力)以改变光学元件的刚度，并且从而改变其致动特性。
51.在一些实施方案中，电活性聚合物可以包括弹性体。如本文所使用的，在一些实例中，“弹性体”可以指的是具有粘弹性(即，粘性和弹性两者)、相对弱的分子间力以及与其他材料相比通常低的弹性模量(固体材料的刚度的度量)和高的应变失效比的材料。在一些实
施方案中，电活性聚合物可以包括具有小于约0.35(例如，小于约0.3、小于约0.25、小于约0.2、小于约0.15、小于约0.1或小于约0.05)的有效泊松比的弹性体材料。在至少一个实例中，弹性体材料可以具有这样的有效密度，所述有效密度小于当致密化时(例如，当弹性体被压缩时，例如，通过电极使弹性体更致密)的弹性体的约90％(例如，小于约80％，小于约70％，小于约60％，小于约50％，小于约40％)。
52.在一些实施方案中，如本文所使用的术语“有效密度”可以指的是可以使用测试方法获得的参数，在该测试方法中，电活性陶瓷或聚合物例如弹性体的均匀厚层可以被放置在两个平坦且刚性的圆板之间。在一些实施方案中，被压缩的电活性材料的直径可以是电活性材料的厚度的至少100倍。可以测量电活性层的直径，然后可以将板压在一起以在电活性层上施加至少约1
×
106pa的压力，并且重新测量层的直径。有效密度可以由表达式(dr＝d
未压缩的
/d
压缩的
)确定，其中dr可以表示有效密度比，d
未压缩的
可以表示未压缩的电活性层的密度，并且d
压缩的
可以表示压缩的电活性层的密度。
53.在一些实施方案中，本文描述的光学元件可以包括弹性体电活性聚合物，该弹性体电活性聚合物具有小于约0.35的有效泊松比和小于弹性体被致密化时的约90％的有效未压缩密度。在一些实施方案中，术语“有效泊松比”可以指的是材料中横向应变(例如，在第一方向上的应变)与轴向应变(例如，在第二方向上的应变)的比率的负值。
54.电极
55.在一些实施方案中，光学元件可以包括成对的电极，其允许产生迫使电活性层收缩的静电场。在一些实施方案中，如本文所使用的“电极”可以指的是导电材料，其可以呈薄膜或层的形式。电极可以包括相对薄的导电金属或金属合金，并且可以具有非顺应(non
‑
compliant)或顺应(compliant)的性质。
56.在一些实施方案中，电极可以包括诸如铝、金、银、锡、铜、铟、镓、锌、其合金以及类似物的金属。电极可以包括一种或更多种导电材料，诸如金属、半导体(诸如掺杂的半导体)、碳纳米管、石墨烯、炭黑、透明导电氧化物(tco，例如氧化铟锡(ito)、氧化锌(zno)等)或其他导电材料。另外的示例性透明导电氧化物包括但不限于铝掺杂的氧化锌、氟掺杂的氧化锡、铟掺杂的氧化镉、铟锌氧化物、铟镓锡氧化物、铟镓锌锡氧化物和铟锌锡氧化物。
57.在一些实施方案中，电极或电极层可以是自修复的，使得可以隔离由于电路的局部短路引起的损坏。合适的自修复电极可以包括在焦耳加热时不可逆地变形或氧化的材料的薄膜，诸如例如石墨烯。
58.在一些实施方案中，初级电极可以与次级电极的至少一部分重叠(例如，在平行方向重叠)。初级电极和次级电极可以是大致平行的且间隔开的，并且由电活性材料层分开。第三电极可以与初级电极或次级电极的至少一部分重叠。
59.光学元件可以包括第一电活性层(例如，弹性体材料)，该第一电活性层可以被设置在第一对电极(例如，初级电极和次级电极)之间。第二光学元件，如果被使用，可以包括第二电活性层并且可以被设置在第二对电极之间。在一些实施方案中，可以存在第一对电极和第二对电极两者共用的电极。
60.在一些实施方案中，一个或更多个电极可以任选地例如通过接触层与公共电极电互连。在一些实施方案中，光学元件可以具有连接至第一多于一个电极的第一公共电极和连接至第二多于一个电极的第二公共电极。在一些实施方案中，电极(例如，第一多于一个
电极中的一个和第二多于一个电极中的一个)可以使用绝缘体诸如介电层彼此电绝缘。绝缘体可以包括没有明显导电性的材料，并且可以包括介电材料，诸如例如丙烯酸酯或有机硅聚合物。
61.在一些实施方案中，公共电极可以被电耦合(例如，在具有低接触电阻的界面处电接触)到一个或更多个其他电极，例如位于初级电极的任一侧上的次级电极和第三电极。
62.在一些实施方案中，电极可以是柔性的和/或有弹性的(resilient)，并且当光学元件经历变形时，可以例如弹性地拉伸。在这点上，电极可以包括一种或更多种透明导电氧化物(tco)，诸如氧化铟、氧化锡、氧化铟锡(ito)及类似物、石墨烯、碳纳米管等。在其他实施方案中，可以使用相对刚性的电极(例如，包括诸如铝的金属的电极)。
63.在一些实施方案中，电极(例如，初级电极和次级电极)可以具有约0.35nm至约1000nm的厚度，例如，约0.35nm、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm或1000nm的厚度，包括任何前述值之间的范围，其中示例性的厚度为约10nm至约50nm。在一些实施方案中，公共电极可以具有倾斜的形状，或者可以是更复杂的形状(例如，图案化的或自由形式的)。在一些实施方案中，公共电极可以被成形为允许光学元件或光学装置在操作期间的压缩和膨胀。
64.在某些实施方案中，电极可以具有至少约50％的光学透射率，例如，约50％、约60％、约70％、约80％、约90％、约95％、约97％、约98％、约99％或约99.5％的光学透射率，包括任何前述值之间的范围。
65.在一些实施方案中，本文描述的电极(例如，初级电极、次级电极或包括任何公共电极的任何其他电极)可以使用任何合适的工艺来制造。例如，电极可以使用物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、蒸发、喷涂、旋涂、浸涂、丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷(aerosol jet printing)、刮刀涂布(doctor blading)及类似工艺来制造。在另外的方面，电极可以使用热蒸发器、溅射系统、冲压及类似工艺来制造。
66.在一些实施方案中，电活性材料层可以被直接沉积到电极上。在一些实施方案中，电极可以被直接沉积到电活性材料上。在一些实施方案中，电极可以被预先制造并且被附接至电活性材料。在一些实施方案中，电极可以被沉积在基底上，所述基底例如玻璃基底或柔性聚合物膜。在一些实施方案中，电活性材料层可以直接邻接电极。在一些实施方案中，在电活性材料层和电极之间可以存在介电层，诸如绝缘层。可以使用工艺和/或结构的任何合适的组合。
67.介电材料
68.根据一些实施方案，抗反射涂层可以包括如上文描述的导电电极和设置在电极上的一个或更多个介电层。
69.根据某些实施方案，介电层可以包括诸如二氧化硅、氧化锌、氧化铝和/或氟化镁的材料，尽管可以使用另外的介电材料。例如，介电层可以包括选自以下的一种或更多种化合物：al2o3、bi2o3、ceo2、cr2o3、hfo2、in2o3、mgo、moo3、la2o3、nd2o3、pbo、sio2、sm2o3、sno2、ta2o5、tio2、ti4o7、ti3o5、ti2o3、tio、wo3、y2o3、zro2、zno、baf2、caf2、cef3、alf3、baf2、caf2、caf3、laf3、lif、mgf2、naf、pbf2、smf3、srf2和yf3。
70.在一些实施方案中，抗反射涂层可以包括前述氧化物中的一种或更多种和/或前述氟化物中的一种或更多种的组合。抗反射涂层的实例可以包括：(a)上文确定的氧化物中
的一种，(b)上文确定的氟化物中的一种，(c)上文确定的氧化物中的两种，(d)与上文确定的氟化物中的一种组合的上文确定的氧化物中的一种，(e)与上文确定的氟化物中的一种组合的上文确定的氧化物中的两种，(f)与上文确定的氟化物中的两种组合的上文确定的氧化物中的两种，或(g)上文确定的氧化物中的三种。
71.在一些实施方案中，介电层可以包括第一氧化物层、第二氧化物层和任选的第三氧化物层，其中每个氧化物层可以包括独立地选自以下的氧化物化合物：al2o3、bi2o3、ceo2、cr2o3、hfo2、in2o3、mgo、moo3、la2o3、nd2o3、pbo、sio2、sm2o3、sno2、ta2o5、tio2、ti4o7、ti3o5、ti2o3、tio、wo3、y2o3、zro2和zno。
72.在另外的实施方案中，介电层可以包括包含氧化物化合物的第一层和包含氟化物化合物的第二层，所述氧化物化合物选自al2o3、bi2o3、ceo2、cr2o3、hfo2、in2o3、mgo、moo3、la2o3、nd2o3、pbo、sio2、sm2o3、sno2、ta2o5、tio2、ti4o7、ti3o5、ti2o3、tio、wo3、y2o3、zro2和zno，所述氟化物化合物选自baf2、caf2、cef3、alf3、baf2、caf2、caf3、laf3、lif、mgf2、naf、pbf2、smf3、srf2和yf3。在一些实施方案中，第一层可以被直接设置在电活性层上，并且第二层可以被直接设置在第一层上。在其他实施方案中，第二层可以被直接设置在电活性层上，并且第一层可以被直接设置在第二层上。
73.在还另外的实施方案中，介电层可以包括第一氧化物层和第二氧化物层以及包含氟化物化合物的第三层，所述第一氧化物层和第二氧化物层各自独立地选自al2o3、bi2o3、ceo2、cr2o3、hfo2、in2o3、mgo、moo3、la2o3、nd2o3、pbo、sio2、sm2o3、sno2、ta2o5、tiｏ2、ti4o7、ti3o5、ti2o3、tio、wo3、y2o3、zro2和zno，所述氟化物化合物选自baf2、caf2、cef3、alf3、baf2、caf2、caf3、laf3、lif、mgf2、naf、pbf2、smf3、srf2和yf3。对于这样的结构，第三(氟化物)层可以被设置在第一(氧化物)层和第二(氧化物)层之间。可选择地，第三(氟化物)层可以被设置在氧化物层之一和电活性层之间。
74.在某些实施方案中，可以顺序地形成两个或更多个介电层。可选择地，介电材料可以被共沉积。例如，上文描述的氧化物和氟化物的组合可以被同时沉积，而不是作为离散的、顺序的层沉积。此外，根据一些实施方案，通过改变两种或更多种共沉积的化合物的相对比率，介电层的组成可以在空间上变化，例如在其整个厚度上变化。对于所描述的每种实施方案，在抗反射涂层的给定层中的氧化物和/或氟化物可以与其他层中的氧化物和/或氟化物是相同的或不同的。
75.介电层可以具有任何合适的厚度，包括例如约10nm至约1000nm的厚度，例如约10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm或1000nm的厚度，包括任何前述值之间的范围，其中示例性的厚度范围为约50nm至约100nm。
76.在多种实施方案中，介电层可以使用任何合适的工艺来制造。例如，介电层可以使用物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、蒸发、喷涂、旋涂、浸涂、丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、刮刀涂布及类似工艺来制造。在另外的方面，电极可以使用热蒸发器、溅射系统、冲压及类似工艺来制造。
77.光学元件
78.在一些应用中，结合本文公开的原理使用的光学元件可以包括初级电极、次级电极以及设置在初级电极和次级电极之间的电活性层。可以在电活性层的相应的表面上形成抗反射涂层(arc)，该抗反射涂层可以包括初级电极或次级电极以及一个或更多个另外的
介电层。
79.在一些实施方案中，可以存在一个或更多个另外的电极，并且公共电极可以被电耦合至另外的电极中的一个或更多个。例如，光学元件可以以堆叠配置布置，其中第一公共电极被耦合至第一多于一个电极，并且第二公共电极被电连接至第二多于一个电极。第一多于一个电极和第二多于一个电极可以以堆叠配置交替，使得每个光学元件位于第一多于一个电极中的一个和第二多于一个电极中的一个之间。
80.在一些实施方案中，光学元件可以具有约10nm至约300μm的厚度(例如，约10nm、约20nm、约30nm、约40nm、约50nm、约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm、约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约20μm、约50μm、约100μm、约200μm或约300μm)，其中示例性的厚度为约200nm至约500nm。
81.在电极之间施加电压可以导致介入的电活性层在所施加的电场的方向上的压缩或膨胀，以及电活性层在一个或更多个横向尺度上的相关联的膨胀或收缩。在一些实施方案中，(例如，向初级电极和/或次级电极)施加的电压可以在电活性元件中在至少一个方向(例如，相对于所定义的坐标系的x、y或z方向)上产生至少约0.1％的应变(例如，由所施加的电压引起的所施加的力的方向上的变形的量除以材料的初始尺寸)。
82.在一些实施方案中，电活性响应可以包括对电输入的机械响应，该机械响应在装置的空间范围内变化，其中电输入被施加在初级电极和次级电极之间。机械响应可以被称为致动，并且示例性的装置或光学元件可以是致动器，或者可以包括致动器。
83.当第一电压被施加在初级电极和次级电极之间时，光学元件可以从初始状态变形到变形状态，并且当第二电压被施加在初级电极和次级电极之间时，可以进一步变形到第二变形状态。
84.电信号可以包括电势差，电势差可以包括直流或交流电压。在一些实施方案中，频率可以高于装置的最高机械响应频率，使得变形可以响应于所施加的rms电场而发生，但是对所施加的频率没有明显的振荡机械响应。所施加的电信号可以在初级电极和次级电极之间生成电活性层的非均匀收缩。非均匀电活性响应可以包括光学元件的表面的曲率，在一些实施方案中，该曲率可以是复合曲率。
85.在一些实施方案中，光学元件可以在未变形状态下具有最大厚度，并且在变形状态下具有压缩厚度。在一些实施方案中，光学元件在未变形状态下可以具有是光学元件在变形状态下的密度的约90％或更小的密度。在一些实施方案中，当在初级电极和次级电极之间施加电压时，光学元件可以表现出至少约0.1％的应变。
86.在一些实施方案中，光学装置可以包括一种或更多种光学元件，并且光学元件可以包括一种或更多种电活性层。在多种实施方案中，光学元件可以包括初级电极、与初级电极的至少一部分重叠的次级电极、以及设置在初级电极和次级电极之间的电活性层。
87.在一些实施方案中，在整个电活性层上施加电场可以在初级电极和次级电极之间产生基本上均匀的变形。在一些实施方案中，初级电极和/或次级电极可以被图案化，这允许局部电场被施加至光学元件的一部分，例如，以提供局部变形。
88.光学装置可以包括多于一个堆叠的元件。例如，每个元件可以包括设置在一对电极之间的电活性层。在一些实施方案中，电极可以在元件之间共享，例如，装置可以具有交
替的电极和位于相邻的电极对之间的电活性层。可以以不同的几何形状构造多种堆叠的配置，其改变元件之间的形状、对齐和间距。当操作这样的致动器时，这样的复杂的布置能够实现压缩、伸展、扭曲和/或弯曲。
89.在一些实施方案中，光学装置可以包括在电极之间交错诸如以堆叠配置的另外的元件。例如，电极可以形成电极的交指型堆叠(interdigitated stack)，其中交替的电极被连接至第一公共电极，并且剩余的交替的电极被连接至第二公共电极。另外的光学元件可以被设置在初级电极的另一侧。另外的光学元件可以与第一光学元件重叠。另外的电极可以被设置成邻接任何另外的光学元件的表面。
90.在一些实施方案中，光学装置可以包括更多个(例如，两个、三个或更多个)这样的另外的电活性层和对应的电极。例如，光学装置可以包括两个或更多个光学元件和对应的电极的堆叠。例如，光学装置可以包括2个光学元件至约5个、约10个、约20个、约30个、约40个、约50个、约100个、约200个、约300个、约400个、约500个、约600个、约700个、约800个、约900个、约1000个、约2000个或大于约2000个光学元件。
91.光学元件的制造
92.本文中讨论了多种制造方法。如本领域技术人员将理解的，所公开的制造方法可以被用于在光学元件内形成一个或更多个层或特征，包括有机(即，聚合物)和无机(即，陶瓷)的电活性材料、设置成邻近这样的电活性材料的透明导电电极以及一个或更多个介电层。在某些实施方案中，通过改变一个或更多个工艺参数，诸如波长、强度、基底温度、其他工艺温度、气体压力、辐射剂量、化学浓度梯度、化学组成变化或其他工艺参数，可以改变光学元件的结构和性能，例如在空间范围内改变光学元件的结构和性能。
93.根据一些实施方案，包括旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、蒸发、化学气相沉积、气相涂覆、物理气相沉积、热喷涂、挤出、水热合成、丘克拉斯基生长(czochralski growth)、等静压制(isostatic pressing)、层压等的沉积方法可以被用于形成电活性层、电极和/或介电层。在某些实施方案中，电极可以被直接沉积到电活性层上，并且介电层可以被直接沉积到电极上。在可选择的实施方案中，电活性层可以被沉积到临时基底上并且被转移到电极或电极化的基底上。
94.在一些实施方案中，电活性层、电极或介电层可以在由沉积室封闭的表面(例如基底)上制造，沉积室可以被抽空(例如，使用一个或更多个机械真空泵至预定水平，例如10
‑6托或更低)。沉积室可以包括刚性材料(例如，钢、铝、黄铜、玻璃、丙烯酸树脂及类似物)。用于沉积的表面可以包括转鼓。在一些实施方案中，旋转可以产生离心能量，并且使沉积的材料更均匀地散布在被机械地耦合(例如，结合)到该表面的任何下方顺序沉积的材料(例如，电极、聚合物元件、陶瓷元件及类似物)上。在一些实施方案中，表面可以是固定的并且沉积系统和固化系统可以相对于表面移动，或者表面、沉积系统和/或固化系统两者可以同时移动。
95.在一些实施方案中，沉积室可以具有排气口，该排气口被配置成打开以释放反应副产物以及与一个或更多个材料层的形成相关联的单体、低聚物、单体引发剂、导电材料等的至少一部分。在一些实施方案中，沉积室可以被吹扫(例如，使用气体或施加真空，或两者)以去除这样的材料。此后，可以重复一个或更多个前述步骤(例如，对于第二光学元件及类似物)。以这种方式，光学元件的单独的层可以被保持在高纯度水平。
96.在一些实施方案中，光学元件的材料(例如，单体、低聚物、单体引发剂、导电材料、介电层等)的沉积可以使用沉积工艺诸如化学气相沉积(cvd)来执行。cvd可以指的是用于生产高品质、高性能固体材料的真空沉积方法。在cvd中，可以将基底暴露于一种或更多种前体，该一种或更多种前体可以在基底表面上反应和/或分解以产生期望的沉积物(例如，一个或更多个电极、电活性聚合物层等)。通常，还产生挥发性的副产物，该副产物可以通过流经室的气流来去除。
97.在一些实施例中，用于制造光学元件(例如，致动器)的方法可以包括掩模(例如，阴影掩模)以控制一种或更多种沉积材料的图案。
98.形成光学元件的方法包括顺序地(例如，经由气相沉积、涂覆、印刷等)或同时(例如，经由共流、共挤出、槽模涂覆(slot die coating)等)形成介电层、电极和电活性层。举例来说，可以使用引发式化学气相沉积(initiatedchemical vapor deposition)(icvd)来沉积电活性层，其中，可以使用期望的聚合物的合适单体来形成期望的涂层。根据另外的实例，具有高拉伸比(drawing ratio)的共挤出工艺可以实现多个薄层(例如，电活性层、电极层和/或介电层)的形成，这些薄层可以被用于由电活性的、导电的和任选地无源的支架材料的较大的坯料形成多形态架构(multi
‑
morph architecture)。可选择地，电活性层可以被单独地挤出。
99.制造光学元件的方法可以包括将可固化材料沉积到初级电极上，固化所沉积的可固化材料以形成电活性层(例如，包括固化的弹性体材料)，以及将导电材料沉积到电活性层的与初级电极相对的表面上以形成次级电极。介电层又可以被沉积在初级电极和次级电极之一或两者上。在一些实施方案中，方法还可以包括将另外的可固化材料沉积到次级电极的与电活性层相对的表面上，固化所沉积的另外的可固化材料以形成包括第二固化的弹性体材料的第二电活性层，以及将另外的导电材料沉积到第二电活性层的与次级电极相对的表面上以形成第三电极。在这样的情况下，介电层可以被沉积在第三电极上。
100.在一些实施方案中，制造光学元件的方法可以包括蒸发可固化材料或其前体，其中沉积可固化材料可以包括将所蒸发的可固化材料沉积到初级电极上。在一些实施方案中，制造光学元件的方法可以包括将聚合物或其前体(例如可固化材料)印刷到电极上。在一些实施方案中，方法还可以包括将聚合物前体材料与至少一种其他组分结合以形成沉积混合物。在一些实施方案中，方法可以包括将可固化材料与具有高介电常数的材料的颗粒结合以形成沉积混合物。
101.根据一些实施方案，方法可以包括将可固化材料定位在第一导电材料或层和第二导电材料或层之间。所定位的可固化材料可以被固化以形成固化的弹性体材料。在一些实施方案中，固化的弹性体材料可以具有约0.35或更小的泊松比。在一些实施方案中，第一导电材料或第二导电材料中的至少一种可以包括可固化的导电材料，并且该方法还可以包括使第一导电材料或第二导电材料中的至少一种固化以形成电极。在该实例中，将第一导电材料或第二导电材料中的至少一种固化可以包括在固化所定位的可固化材料期间将第一导电材料或第二导电材料中的至少一种固化。
102.在一些实施方案中，可固化材料和第一导电材料或第二导电材料中的至少一种在将可固化材料定位在初级电极和次级电极之间期间可以是可流动的。制造光学元件的方法还可以包括使可固化材料和第一导电材料或第二导电材料中的至少一种同时流到基底上。
103.在一些实施方案中，光学元件(例如，致动器)可以通过以下来制造：提供具有第一表面的导电层(例如，初级电极)，将电活性层或前体层沉积(例如，气相沉积)到初级电极上，以及将另一个导电层(例如，次级电极)沉积到电活性(或前体)层上。在一些实施方案中，该方法还可以包括重复上文中的一个或更多个以制造另外的层(例如，第二光学元件、其他电极、电活性层和电极的交替堆叠，及类似物)。光学装置可以具有堆叠的配置。在一些实施方案中，该方法可以包括在与电活性层相对的各个表面上的初级电极上或次级电极上沉积介电层。
104.在一些实施方案中，光学元件可以通过以下来制造：首先沉积初级电极，并且然后在初级电极上沉积可固化材料(例如，单体)(例如，使用气相沉积工艺沉积)。在一些实施方案中，沉积室的入口可以打开并且可以输入合适的单体引发剂用于开始化学反应。在一些实施方案中，如本文所使用的“单体”可以指的是形成给定的聚合物(即，作为电活性元件的一部分)的单体。在其他实例中，聚合物前体诸如单体的聚合(即，固化)可以包括暴露于电磁辐射(例如，可见光、uv、x
‑
射线或γ辐射)、暴露于其他辐射(例如，电子束、超声)、热、暴露于化学物质(诸如催化剂、引发剂及类似物)或其某种组合。
105.沉积的可固化材料可以用辐射源(例如电磁辐射，诸如uv辐射和/或可见光)固化，以例如通过光聚合(photopolymerization)来形成包括固化的弹性体材料的电活性聚合物层。在一些实施方案中，辐射源可以包括可以生成电磁辐射的通电的丝阵列(energized array of filament)，诸如发光二极管(led)或半导体激光器的半导体装置、其他激光器、荧光或光谐波生成源，及类似物。单体和引发剂(如果使用的话)可以在暴露于辐射时反应以形成电活性元件。
106.在一些实施方案中，辐射可以包括具有能够破坏材料中的共价键的能量(例如，强度和/或光子能量)的辐射。辐射的实例还可以包括电子、电子束、离子(例如质子、原子核和电离原子)、x射线、γ射线、紫外光、可见光或例如具有适当高的能量水平的其他辐射。
107.在一些实施方案中，光学元件可以使用大气压cvd(apcvd)涂层形成技术(例如，在大气压的cvd)来制造。在一些实施方案中，光学元件可以使用低压cvd(lpcvd)工艺(例如，在亚大气压的cvd)来制造。在一些实施方案中，lpcvd可以利用降低的压力，该降低的压力可以减少不想要的气相反应并提高跨过基底的沉积材料的均匀性。在一个方面，制造设备可以应用超高真空cvd(uhvcvd)工艺(例如，在非常低压力的cvd，通常低于约10
‑6pa(相当于约10
‑8托))。
108.在一些实施方案中，光学元件可以使用气溶胶辅助cvd(aacvd)工艺(例如，前体通过液体/气体气溶胶被传输到基底的cvd工艺)来制造，该液体/气体气溶胶可以以超声波或电喷雾生成。在一些实施方案中，aacvd可以与非挥发性前体一起使用。在一些实施方案中，光学元件可以使用直接液体注入cvd(dli
‑
cvd)工艺(例如，前体为液体形式例如溶解在溶剂中的液体或固体的cvd工艺)来制造。可以使用一个或更多个注射器将液体溶液注入到沉积室中。然后可以如在cvd中那样传输前体蒸气。可以对液体或固体前体使用dli
‑
cvd，并且使用这种技术可以实现沉积材料的高生长速率。
109.在一些实施方案中，光学元件可以使用热壁cvd工艺(例如，沉积室由外部电源加热并且所沉积的层由来自沉积室的加热壁的辐射加热的cvd)来制造。在另一方面，光学元件可以使用冷壁cvd工艺(例如，仅直接加热装置，例如通过感应加热，而室的壁被保持在室
温的cvd工艺)来制造。
110.在一些实施方案中，光学元件可以使用微波等离子体辅助cvd(mpcvd)工艺来制造，其中微波被用来提高前体的化学反应速率。在另一个方面，光学元件可以使用等离子体增强cvd(pecvd)工艺(例如，使用等离子体来增强前体的化学反应速率的cvd)来制造。在一些实施方案中，pecvd工艺可以允许在较低的温度沉积材料，这在承受对装置的损坏或沉积某些材料(例如，有机材料和/或一些聚合物)中可以是有用的。
111.在一些实施方案中，光学元件可以使用远程等离子体增强cvd(rpecvd)工艺来制造。在一些实施方案中，除了光学元件或装置可以不直接在等离子体放电区域之外，rpecvd可以类似于pecvd。在一些实施例中，从等离子体区域去除电活性装置可以允许将加工温度降低至约室温(即，约23℃)。
112.在一些实施方案中，光学元件可以使用原子层cvd(alcvd)工艺来制造。在一些实施方案中，alcvd可以沉积不同物质的连续层，以产生分层的结晶薄膜。
113.在一些实施方案中，光学元件可以使用燃烧化学气相沉积(ccvd)工艺来制造。在一些实施方案中，ccvd(还被称为火焰热解)可以指的是用于沉积高品质薄膜(例如，厚度范围从几分之一纳米(单层)至几微米的材料层)的开放气氛、基于火焰的技术。
114.在一些实施方案中，光学元件可以使用热丝cvd(hfcvd)工艺来制造，该工艺还可以被称为催化cvd(cat
‑
cvd)或引发式cvd(icvd)。在一些实施方案中，该工艺可以使用热丝来化学分解源气体以形成装置的材料。此外，丝的温度和沉积的层的部分的温度可以独立地控制，允许在生长的表面处获得较好的吸附速率的较冷的温度，以及在丝处将前体分解为自由基所需的较高的温度。
115.在一些实施方案中，光学元件可以使用混合物理化学气相沉积(hpcvd)工艺来制造。hpcvd可以涉及前体气体的化学分解和固体源的蒸发两者，以形成光学元件的材料。
116.在一些实施方案中，光学元件可以使用金属有机化学气相沉积(mocvd)工艺(例如，使用金属有机前体以形成光学元件的一个或更多个层的cvd方法)来制造。例如，可以使用这种方法在电活性层上形成电极。
117.在一些实施方案中，光学元件可以使用快速热cvd(rtcvd)工艺来制造。该cvd工艺使用加热灯或其他方法来快速加热光学元件。在其制造期间仅加热光学元件而不是前体或室壁可以减少不想要的气相反应，气相反应可能导致在光学元件的一个或更多个层中形成颗粒。
118.在一些实施方案中，光学元件可以使用光引发式cvd(picvd)工艺来制造。该工艺可以使用uv光来刺激用于制造用于光学元件的材料的前体材料中的化学反应。在某些条件下，picvd可以在大气压或在接近大气压操作。
119.在一些实施方案中，光学元件可以通过包括以下的工艺来制造：将可固化材料(例如，单体诸如丙烯酸酯或硅酮)和用于可固化材料的溶剂沉积到基底上，加热具有与固化的单体一起残留的至少一部分溶剂的可固化材料，并且从固化的单体中去除该溶剂。
120.在一些实施方案中，可流动材料(例如，溶剂)可以与可固化材料(例如，单体和导电材料)结合，以产生可以用于产生电活性聚合物的可流动混合物。单体可以是单官能的或多官能的，或其混合物。多官能单体可以被用作交联剂以增加刚性或形成弹性体。多官能单体可以包括双官能材料(诸如双酚芴(eo)二丙烯酸酯(bisphenol fluorene(eo)
diacrylate))、三官能材料(诸如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate，tmpta))和/或更高官能的材料。可以使用其他类型的单体，包括例如异氰酸酯，并且这些单体可以与具有不同固化机理的单体混合。
121.在一些实施方案中，可流动材料可以与可固化材料结合(例如，混合)。在一些实施方案中，可固化材料可以与至少一种不可固化组分(例如，具有高介电常数的材料的颗粒)结合，以在例如电极(例如，初级电极或次级电极)上形成包括可固化材料和该至少一种不可固化组分的混合物。可选择地，可流动材料(例如溶剂)可以被引入到蒸发器中，以将可固化材料沉积到电极上(例如，经由蒸发，或者在可选择的实施方案中，经由印刷)。在一些实施方案中，可流动材料(例如，溶剂)可以作为单独的层沉积在可固化材料(例如，单体)的上面或下面，并且可以允许溶剂和可固化材料在被辐射源固化之前相互扩散，以产生电活性聚合物。
122.在一些实施方案中，在可固化材料被固化之后，可以在形成另一电活性层或另一电极之前允许溶剂蒸发。在一些实施方案中，溶剂的蒸发可以通过以下来加速：用可以例如被设置在鼓形成表面和/或任何其他合适的位置内的加热器向表面施加热，或者使用冷阱(例如，将蒸气凝结成液体或固体的装置)来降低基底上方的溶剂的压力，或其组合。
123.在一些实施方案中，溶剂可以具有与被蒸发的至少一种单体相似的蒸气压。溶剂可以溶解单体和所生成的电活性聚合物两者，或者溶剂可以仅溶解单体。可选择地，如果使用单体混合物，则溶剂对单体或多于一种单体具有低溶解度。此外，溶剂可以与单体中的至少一种不混溶并且当在基底上冷凝时可以至少部分地相分离。
124.在一些实施方案中，可以存在多个蒸发器，其中多个蒸发器中的每一个应用不同的材料，包括溶剂、非溶剂、单体和/或陶瓷前体诸如原硅酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate)和水、以及任选地用于形成例如溶胶
‑
凝胶的催化剂，诸如hcl或氨。
125.在一些实施方案中，产生与光学元件(诸如本文中不同描述的反射致动器或透明致动器)结合使用的电活性层的方法可以包括共沉积单体或单体的混合物、表面活性剂和与表面活性剂相容的单体相关的非溶剂材料。
126.在多种实例中，单体可以包括但不限于丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸乙氧基乙酯、2
‑
氯乙基乙烯基醚(2
‑
chloroethyl vinyl ether)、丙烯酸氯甲基酯(chloromethyl acrylate)、甲基丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚和/或n
‑
羟甲基丙烯酰胺。
127.在一些方面，表面活性剂可以是离子型的或非离子型的(例如，可从sigma
‑
aldrich公司获得的span 80)。在另一方面，非溶剂材料可以包括有机和/或无机的非溶剂材料。例如，非溶剂材料可以包括水或烃，或者可以包括高度极性的有机化合物，诸如乙二醇。如上所述，一种或多种单体、非溶剂和表面活性剂可以被共沉积。可选择地，一种或多种单体、非溶剂和/或表面活性剂可以被顺序地沉积。
128.在一个方面，可以控制基底温度以产生和控制通过共沉积或顺序沉积一种或多种单体、非溶剂和表面活性剂而产生的所得乳液(emulsion)的一种或更多种性质。可以对基底进行处理以防止乳液的不稳定。例如，铝层可以涂覆有薄的聚合物层，该聚合物层通过沉积单体然后使该单体固化而制成。根据多种实施方案，基底可以包括电极(例如，初级电极或次级电极)。
129.例如，固化剂，如果提供的话，可以包括多胺、高级脂肪酸或其酯、硫、或氢化硅烷
化催化剂。在一些实施方案中，可以使用可固化单体与固化的聚合物的混合物。此外，例如可以使用稳定剂来抑制电活性聚合物的环境降解。示例性的稳定剂包括抗氧化剂、光稳定剂和热稳定剂。
130.陶瓷电活性材料，诸如单晶压电材料，可以例如使用水热加工或通过丘克拉斯基方法来形成，以产生取向的晶锭(oriented ingot)，该晶锭可以沿着指定的晶面被切割，以产生具有期望的晶体取向的晶片。晶片可以被减薄，例如通过打磨或抛光被减薄，并且透明电极可以直接在晶片上形成，例如使用化学气相沉积或物理气相沉积工艺诸如溅射或蒸发形成。任选地，电活性陶瓷可以被极化以实现期望的偶极对齐。
131.除了前述之外，多晶压电材料可以例如通过粉末加工来形成。高纯度、超细多晶颗粒的密集堆积的网络可以是高度透明的，并且在薄层中与它们的单晶对应物相比可以是更机械坚固的。例如，具有＞99.9％纯度的光学级plzt可以使用亚微米(例如，＜2μm)颗粒来形成。在这点上，通过用la
2+
和/或ba
2+
在a位和b位的空位掺杂pb
2+
的取代可以被用于增加钙钛矿陶瓷诸如pzn
‑
pt、pzt和pmn
‑
pt的透明度。
132.根据一些实施方案，超细颗粒前体可以通过湿化学法来制造，所述湿化学法诸如化学共沉淀、溶胶
‑
凝胶和凝胶燃烧。生坯(green body)可以使用流延浇铸(tape casting)、注浆浇铸(slip casting)或凝胶浇铸(gel casting)来形成。例如，通过诸如热压、高压(hp)和热等静压(hot isostatic pressure)、火花等离子体烧结(spark plasma sintering)和微波烧结的技术的高压和高温烧结可以被用于改善陶瓷颗粒堆积密度。经由打磨和/或抛光的减薄可以被用于降低表面粗糙度，以获得适合于高位移致动(high displacement actuation)的薄的、高度光学透明的层。
133.如将理解的，本文所示和所描述的方法和系统可以被用于形成具有单层或多层的电活性材料(例如，几个层到数十个、数百个或数千个堆叠的层)的电活性装置。例如，电活性装置可以包括从两个电活性元件和对应的电极至数千个电活性元件(例如，约5个、约10个、约20个、约30个、约40个、约50个、约100个、约200个、约300个、约400个、约500个、约600个、约700个、约800个、约900个、约1000个、约2000个或大于约2000个电活性元件，包括任何前述值之间的范围)的堆叠。可以使用大量的层来实现高位移输出，其中整个装置位移可以被表示为每层的位移的总和。当操作电活性装置时，这样的复杂的布置能够实现压缩、伸展、扭曲和/或弯曲。
134.因此，单层、双层和多层光学元件架构被公开，并且可以任选地包括预应变的电活性层，例如弹性体层。举例来说，预张紧的堆叠(pre
‑
tensioned stack)可以通过层压工艺来形成。结合这样的工艺，刚性框架可以被用于在层压期间保持聚合物层内的线张力。公开了用于光学元件的另外的制造方法，包括通过在模具周围热成型来形成弯曲层，这可以被用于实现期望的压电响应，同时潜在地避免对引入(和保持)层预张紧的需要。还公开了基于弯曲层或模制的层范例的多种增强现实堆叠设计和透镜几何形状。
135.如下文将更详细地解释的，本公开内容的实施方案涉及一种抗反射涂层，该抗反射涂层具有设置在电活性层上的光学透明的导电层和设置在导电层上的介电层。
136.包括抗反射涂层的光学元件可以包括透明的电活性层、设置在电活性层的第一表面上的初级抗反射涂层、以及设置在电活性层的与第一表面相对的第二表面上的次级抗反射涂层。如将理解的，初级抗反射涂层可以包括直接设置在电活性层的第一表面上的初级
导电层和设置在初级导电层上的初级介电层，而次级抗反射涂层可以包括直接设置在电活性层的第二表面上的次级导电层和设置在次级导电层上的次级介电层。
137.参照图1
‑
图12，以下将提供用于形成包括抗反射涂层的有源地可调谐的光学元件(actively tunable optical element)的方法、系统和设备的详细描述。与图1
‑
图5相关的讨论包括对示例性的抗反射涂层架构的描述。与图6和图7相关的讨论包括对具有一个或更多个具有渐变折射率的层的抗反射涂层结构的描述。与图8相关的讨论包括对具有设置在其相对表面上的抗反射涂层的光学元件的描述。图9示出了头戴式显示器的示意图。与图10
‑
图12相关的讨论涉及示例性的虚拟现实装置和增强现实装置，这些装置可以包括具有抗反射涂层的光学元件。
138.示例性的电活性陶瓷是锆钛酸铅(pzt)。尽管在本文中描述了多种包含pzt的光学元件，但是本公开内容不被特别地限制，并且抗反射涂层可以被并入到包括其他电活性材料的光学元件中。
139.在多种实施方案中，可以使用包括层的光学常数(例如，折射率)的模型来确定设置在电活性材料上的一个或更多个arc层的厚度。
140.对于致密的pzt薄膜，pzt
‑
空气界面已经示出具有约20.8％的波长平均反射率和对于垂直入射仅约79.2％的透射率。在另外的试验中，对于越来越离轴(非垂直)的光，反射率增加，并且透射率降低。根据多种实施方案，抗反射涂层在pzt层上的形成可以增加透射率并且相应地降低反射率。
141.薄的(约69nm)、锡掺杂的氧化铟(ito)层在pzt上的形成可以将跨过从400nm至700nm的波长平均化的空气/pzt界面的反射率从20.8％降低至约4％(实施例2)。ito层还将透射率增加至约95.2％，具有约0.8％的吸收。
142.参照图1，示例性的光学元件可以包括电活性层100和设置在电活性层100的表面上的抗反射涂层400。抗反射涂层400可以包括直接设置在电活性层100上的导电层(即电极)210和直接设置在导电层210上的介电层310。电极210和介电层310可以分别包括如本文公开的任何合适的导电材料和介电材料。
143.根据多种实施方案，导电层210可以包括ito，并且介电层310可以包括例如二氧化硅、氧化铝或氟化镁。对于示例性结构的模型化的层厚度(modeled layer thickness)和对应的最大透射率、最小反射率和吸收数据总结在表1中(实例3
‑
实例5)。
144.在一些实施方案中，抗反射涂层可以包括多层(例如，双层)电介质。参照图2，例如，光学元件可以包括电活性层100和设置在电活性层100的顶表面上的抗反射涂层400。抗反射涂层400可以包括直接设置在电活性层100上的导电层210(例如电极)、设置在导电层210上的第一介电层310和设置在第一介电层310上的第二介电层320。导电层210和介电层310、320可以分别包括如本文公开的任何合适的导电材料和介电材料。
145.在某些实施方案中，介电双层可以被用于降低电活性层的反射率。例如，包括介电双层的非电极结构(un
‑
electroded structure)可以表现出约0.8％的反射率并且具有约99.2％的相应透射率，所述介电双层包括设置在41nm氧化锌层上的69nm二氧化硅层。
146.如图2中所示，示例性的抗反射涂层400可以包括设置在ito电极210上的sio2‑
zno双层310、320。例如，氧化锌层310可以被设置在导电层210上，并且二氧化硅层320可以被设置在氧化锌层310上(实例6)。
147.代替ito或除ito之外，导电层210可以包括石墨烯。仍然参照图2，示例性的抗反射涂层400可以包括设置在电活性层100上的单层或双层的石墨烯210；以及包括设置在导电层210上的氧化锌层310和二氧化硅层320的介电双层(实例7)。不希望受到理论的束缚，相对薄的石墨烯层可以不显著影响抗反射涂层的反射，但是可以引入高达约1％的角度依赖性的吸收损失。
148.根据另外的实施方案，使用包括多层电极的抗反射涂层可以获得较高的电导率和足够的透射率，如图3中示意性图示的。在电活性层100上形成的图3的抗反射涂层400可以包括设置在电活性层100上的第一导电层210、设置在第一导电层210上的第二导电层220和设置在第二导电层220上的介电层310。举例来说，第一导电层210可以包括石墨烯，并且第二导电层220可以包括ito(实例8)。
149.根据另外的实施方案，并且参照图4，光学元件可以包括设置在电活性层100的表面上的多层抗反射涂层400。在图4的实施方案中，抗反射涂层400可以从底部到顶部包括第一导电层210、第二导电层220、第一介电层310和第二介电层320。第一导电210和第二导电层220以及第一介电层310和第二介电层320中的每一个可以分别包括任何合适的导电材料和介电材料，如本文所公开的。
150.在图5中示意性地图示了另外的多层抗反射涂层。抗反射涂层400被设置在电活性层100上，并且包括导电层210和上覆的交替的介电层310、320的堆叠。介电层310、320可以分别包括例如氧化锌和二氧化硅。
151.参照图6，抗反射涂层400可以包括设置在导电层210上的渐变折射率层330。渐变折射率层330可以包括在组成上变化的介电层，诸如在sio2和tio2组成之一或两者中具有梯度的sio2和tio2复合材料层，即作为层厚度的函数。组成梯度可以通过改变源气体流量比率来实现，例如在层330的沉积期间。渐变的组成和相关的渐变折射率可以操作以降低在光学元件上入射的光的反射率。
152.在另外的实施方案中，具有渐变折射率的介电层可以通过产生纹理化的介电层来形成。如图7中所示，抗反射涂层400可以包括纹理化的介电层340。纹理化的介电层340可以包括凸起特征(raised feature)345，凸起特征345可以被成形和被定位以影响介电层340的折射率的局部变化，即作为厚度的函数。在一些实施方案中，“纹理化的”层可以包括被配置成减少反射的任何合适的表面浮雕结构，诸如蛾眼纹理(motheye texture)。例如，纹理化的层可以包括金字塔形表面结构的阵列，其为从邻近材料例如空气传播到介电层中的光提供折射率的逐渐变化。利用这样的纹理化的结构，对于在宽角度范围内入射的宽带光，反射损耗可以被降低。
153.如本领域技术人员所理解的，可以使用常规的光刻法和蚀刻技术来形成纹理化的介电层340。仍然参照图7，虽然图示了三角形的凸起特征345，但是还可以使用其他特征形状。示例性的特征形状包括但不限于圆柱体、反圆柱体(anti
‑
cylinder)、球体、反球体(anti
‑
sphere)、棱锥体、反棱锥体(anti
‑
pyramid)、矩形棱柱、反矩形棱柱(anti
‑
rectangular prism)、半球体和反半球体(anti
‑
hemisphere)，它们可以是循环性的或非循环性的。可以使用多种不同形状的组合。
154.除了在实例1
‑
实例8的每一个中总结的、假定空气(n＝1)界面的模型化的arc结构之外，光学元件可以包括设置在抗反射涂层上的有源光学层。例如，另外的光学层可以包括
液体透镜(ll)。根据一些实施方案，液体透镜可以直接覆盖抗反射涂层。在这方面，实例9
‑
实例14涉及多种光学元件架构，其包括具有1.58的无色散折射率(dispersion
‑
free refractive index)的液体透镜。如参照实例9的基线结构可以看出的，在电活性元件和液体透镜之间形成arc可以显著地增加透射率并且减少来自这样的光学元件的反射。
155.根据多种实施方案，表1中的模型化数据总结了arc层厚度，以实现对于每种架构在400nm至700nm范围内的垂直入射的最大平均透射率。在另外的实施方案中，可以以其他参数为目标，包括离轴入射的透射率和/或入射光的不同波长。例如，在一些实施方案中，电活性层的折射率可以在所施加的电场下改变，并且可能期望的是在施加致动电场时，而不是在不施加电场时，上覆的arc具有最大透射率。
156.在图8中示出了示例性的光学元件。该光学元件包括电活性层100、在电活性层100的一个表面上形成的初级抗反射涂层400a和在相对表面上形成的次级抗反射涂层400b。初级抗反射涂层400a包括在电活性层100上形成的初级导电层210a和在初级导电层210a上形成的初级介电层310a。次级抗反射涂层400b包括在电活性层100上形成的次级导电层210b和在次级导电层210b上形成的次级介电层310b。液体透镜500被设置在次级抗反射涂层400b上，即直接在次级介电层310b上。
157.初级导电层210a和次级导电层210b以及初级介电层310a和次级介电层310b中的每一个可以包括任何合适的导电材料和介电材料，如本文所公开的。示例性的模型化结构可以从底部到顶部包括60nm的sio2、40nm的ito、pzt、65nm的ito、160nm的sio2和液体透镜500。
158.表1.具有抗反射涂层的光学元件
159.[0160][0161]
在前述实例中，电极(例如，初级电极和次级电极)的面积可以等于或基本上等于介入的电活性层的面积。如本文所使用的，“基本上相等”的值在一些实例中可以相差至多10％，例如约1％、2％、4％或10％，包括任何前述值之间的范围。
[0162]
根据一些实施方案，图案化的电极(例如，初级电极和次级电极之一或两者)可以被用于致动介入的电活性层内的一个或更多个区域，即排除在相同的电活性层内的邻近区域。例如，包括聚合物电活性层的光学元件的空间上局部化的致动可以被用于调节这样的结构的双折射，其中双折射可以是局部机械应力的函数。
[0163]
在一些实施方案中，这样的多于一个的(图案化的)次级电极可以是可独立地致动的，或者如所图示的，可以被并行地致动。图案化的电极可以通过电极层的选择性沉积或者通过电极层的覆盖沉积(blanket deposition)、然后例如使用光刻技术图案化和蚀刻来形成，如本领域技术人员已知的。例如，图案化的电极可以包括线栅，或者线栅可以作为与电极层邻近的单独的层被并入到光学元件中。
[0164]
根据多种实施方案，可调谐的致动器的光学透射率(透视性能(see
‑
through performance))可以通过将抗反射涂层(arc)并入到致动器堆叠中来改善。致动器可以包括夹在导电电极之间的电活性材料的层。电活性层可以包括例如聚合物或陶瓷材料，而电极
可以各自包括任何合适的导电材料的一个或更多个层，所述导电材料诸如透明导电氧化物(例如，诸如ito的tco)、石墨烯等。
[0165]
介电层可以被设置在任一个电极或两个电极上，并且可以包括一个或更多个材料层，所述材料层被用于降低在电极和邻近的介质诸如空气或基于有机硅的液体透镜之间的折射率的梯度。举例来说，包括设置在pzt上的ito电极的致动器堆叠的光学反射率可以通过在ito上另外包括sio2的arc层被提高300％或更多。
[0166]
除了sio2之外，示例性的arc材料包括al2o3、mgf2、zno等，它们可以单独地使用或以多层组合使用。也就是说，例如通过共沉积形成的多于一个arc层和/或具有组成梯度的arc层可以被用于缓和光学元件的折射率梯度。在一些实施方案中，arc层可以被图案化以在局部区域上提供涂层和/或以包括表面纹理。在一些实施方案中，致动器堆叠可以包括导电网(例如，具有比导电电极更高的电导率但更低的透明度)。包含arc的致动器可以被配置成承受多于一个(例如，>106个)致动循环和高达约1％(例如，约0.1％、0.2％、0.5％或1％，包括任何前述值之间的范围)的工程应变。
[0167]
本公开内容的实施方案可以包括多种类型的人工现实系统或者结合多种类型的人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，真实世界)内容组合地生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，它们中的任何一个可以在单个通道中或在多个通道中呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施方案中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，以在人工现实中执行活动)。
[0168]
图9是根据一些实施方案的头戴式显示器(hmd)900的图示。hmd900可以包括透镜显示组件，其可以包括一个或更多个显示装置。所描绘的实施方案包括左透镜显示组件910a和右透镜显示组件910b，它们被统称为透镜显示组件910。透镜显示组件910可以位于hmd 900的透明孔隙内，并且被配置成向用户呈现媒体。
[0169]
由透镜显示组件910呈现的媒体的实例包括一个或更多个图像、一系列图像(例如，视频)、音频或其某种组合。在一些实施方案中，音频可以经由外部装置(例如，扬声器和/或头戴式耳机)呈现，该外部装置从透镜显示组件910、控制台(未示出)或两者接收音频信息，并且基于音频信息来呈现音频数据。透镜显示组件910通常可以被配置成作为增强现实近眼显示器(ned)操作，使得用户可以看到由透镜显示组件910投射的媒体，并且还可以通过透镜显示组件910看到真实世界环境。然而，在一些实施方案中，可以修改透镜显示组件910以作为虚拟现实ned、混合现实ned或其某种组合来操作。因此，在一些实施方案中，透镜显示组件910可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理的现实世界环境的视图。
[0170]
在透镜显示组件910包括分离的左显示器和右显示器的实施方案中，图9中所示的hmd 900可以包括将透镜显示组件910固定在用户头部上的适当位置的支架或框架905。在一些实施方案中，框架905可以是眼镜的框架。如本文中更详细描述的，在一些实例中，透镜显示组件910可以包括具有全息布拉格光栅或体积布拉格光栅的波导。在一些实施方案中，
光栅可以通过将一种或更多种掺杂剂或光敏介质施加到波导的表面的预定部分并随后进行紫外(uv)曝光或施加其他激活电磁辐射的过程来生成。
[0171]
人工现实系统可以以多种不同的形式和配置实现。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(ned)的情况下工作，其一个实例是图10中的增强现实系统1000。其他人工现实系统可以包括还提供对真实世界的可视性的ned(例如，图11中的增强现实系统1100)，或者使用户视觉地沉浸在人工现实中的ned(例如，图12中的虚拟现实系统1200)。虽然一些人工现实装置可以是独立的系统，但是其他人工现实装置可以与外部装置通信和/或协调以向用户提供人工现实体验。这样的外部装置的实例包括手持式控制器、移动装置、台式计算机、由用户佩戴的装置、由一个或更多个其他用户佩戴的装置、和/或任何其他合适的外部系统。
[0172]
转到图10，增强现实系统1000通常表示尺寸被设定为适合用户的身体部位(例如，头部)的可佩戴装置。如图10所示，系统1000可以包括框架1002和照相机组件1004，照相机组件1004被耦合至框架1002并且被配置为通过观察本地环境来收集关于本地环境的信息。增强现实系统1000还可以包括一个或更多个音频装置，诸如输出音频换能器1008(a)和1008(b)以及输入音频换能器1010。输出音频换能器1008(a)和1008(b)可以向用户提供音频反馈和/或内容，并且输入音频换能器1010可以捕获用户的环境中的音频。
[0173]
如所示出的，增强现实系统1000可以不必包括位于用户眼睛前方的ned。没有ned的增强现实系统可以采取多种形式，诸如头带、帽子、发带、腰带、手表、腕带、脚踝带、戒指、颈带、项链、胸带、眼镜架和/或任何其他合适的类型或形式的设备。虽然增强现实系统1000可以不包括ned，但是增强现实系统1000可以包括其他类型的屏幕或视觉反馈装置(例如，被集成到框架1002的一侧中的显示屏)。
[0174]
在本公开内容中讨论的实施方案还可以在包括一个或更多个ned的增强现实系统中实现。例如，如图11中所示，增强现实系统1100可以包括具有框架1110的眼镜装置1102，框架1110被配置为将左显示装置1115(a)和右显示装置1115(b)保持在用户的眼睛前方。显示装置1115(a)和1115(b)可以一起或独立地起作用以向用户呈现图像或一系列图像。虽然增强现实系统1100包括两个显示器，但是本公开内容的实施方案可以在具有单个ned或多于两个ned的增强现实系统中实现。
[0175]
在一些实施方案中，增强现实系统1100可以包括一个或更多个传感器，例如传感器1140。传感器1140可以响应于增强现实系统1100的运动而产生测量信号，并且可以位于框架1110的基本上任何部分上。传感器1140可以表示定位传感器、惯性测量单元(imu)、深度相机组件或其任何组合。在一些实施方案中，增强现实系统1100可以包括或可以不包括传感器1140，或者可以包括多于一个传感器。在传感器1140包括imu的实施方案中，imu可以基于来自传感器1140的测量信号来生成校准数据。传感器1140的实例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于imu的误差校正的传感器、或其某种组合。
[0176]
增强现实系统1100还可以包括具有多于一个声换能器1120(a)
‑
1120(j)的麦克风阵列，所述多于一个声换能器1120(a)
‑
1120(j)被统称为声换能器1120。声换能器1120可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声换能器1120可以被配置成检测声音并将所检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟或数字格式)。图11中的麦克风阵列可以包括例
如十个声换能器：1120(a)和1120(b)，其可以被设计成放置在用户的对应耳朵内；声换能器1120(c)、1120(d)、1120(e)、1120(f)、1120(g)和1120(h)，其可以被定位在框架1110上的多个位置处；和/或声换能器1120(i)和1120(j)，其可以被定位在对应的颈带1105上。
[0177]
在一些实施方案中，声换能器1120(a)
‑
1120(f)中的一个或更多个可以被用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声换能器1120(a)和/或1120(b)可以是耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。
[0178]
麦克风阵列的声换能器1120的配置可以变化。虽然增强现实系统1100在图11中被显示为具有十个声换能器1120，但是声换能器1120的数目可以大于或小于十个。在一些实施方案中，使用更多数目的声换能器1120可以增加所收集的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用更低数目的声换能器1120可以降低由控制器1150处理所收集的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列的每个声换能器1120的位置可以变化。例如，声换能器1120的位置可以包括用户上的定义位置、框架1110上的定义坐标、与每个声换能器相关联的取向或其某种组合。
[0179]
声换能器1120(a)和1120(b)可以被定位在用户耳朵的不同部分，诸如被定位在耳郭(pinna)后面或被定位在耳廓(auricle)或窝内。或者，除了耳道内的声换能器1120之外，在耳朵上或耳朵周围可以存在另外的声换能器。将声换能器定位在用户的耳道附近可以使麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将声换能器1120中的至少两个定位在用户头部的任一侧(例如，作为双耳麦克风)，增强现实装置1100可以模拟双耳听觉并且捕获用户头部周围的3d立体声声场。在一些实施方案中，声换能器1120(a)和1120(b)可以经由有线连接1130被连接至增强现实系统1100，并且在其他实施方案中，声换能器1120(a)和1120(b)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)被连接至增强现实系统1100。在还其他实施方案中，声换能器1120(a)和1120(b)可以根本不与增强现实系统1100结合使用。
[0180]
框架1110上的声换能器1120可以沿着镜腿的长度、跨过镜梁、在显示装置1115(a)和1115(b)上方或下方、或者其某种组合被定位。声换能器1120可以被定向成使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统1100的用户周围的大范围方向上的声音。在一些实施方案中，可以在增强现实系统1100的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声换能器1120的相对定位。
[0181]
在一些实例中，增强现实系统1100可以包括外部装置(例如，配对装置)或者可以被连接至外部装置(例如，配对装置)，所述外部装置诸如颈带1105。颈带1105通常代表任何类型或形式的配对装置。因此，对颈带1105的以下讨论还可以适用于多种其他配对装置，诸如充电盒、智能手表、智能电话、腕带、其他可佩戴装置、手持式控制器、平板电脑、膝上型电脑和其他外部计算装置等。
[0182]
如所示出的，颈带1105可以经由一个或更多个连接器被耦合至眼镜装置1102。连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼镜装置1102和颈带1105可以独立地操作，而在它们之间没有任何有线连接或无线连接。虽然图11图示了在眼镜装置1102和颈带1105上的示例性位置中的眼镜装置1102和颈带1105的部件，但是这些部件可以位于眼镜装置1102和/或颈带1105上的其他地方和/或在眼镜装置1102和/或颈带1105上不同地分布。在一些实施方案中，眼镜装置1102和颈带1105的部件可以位于与眼镜装置1102、颈带1105或其某种组合配对的一个或更多个另外的外围
装置上。
[0183]
将外部装置诸如颈带1105与增强现实眼镜装置配对可以使眼镜装置能够实现一副眼镜的形状因子，同时仍然提供足够的电池和计算能力用于扩展能力。增强现实系统1100的电池功率、计算资源和/或另外的特征中的一些或全部可以由配对的装置提供，或者在配对的装置和眼镜装置之间共享，因此总体上减少了眼镜装置的重量、热概况和形状因子，同时仍然保持期望的功能。例如，颈带1105可以允许以其他方式将被包括在眼镜装置上的部件被包括在颈带1105中，因为用户可以在他们的肩膀上容忍比在他们的头上他们将容忍的重量负荷更重的重量负荷。颈带1105还可以具有更大的表面积，在该表面积上将热量扩散并分散到周围环境中。因此，颈带1105可以允许比以其他方式在独立眼镜装置上可能可行的电池和计算容量更大的电池和计算容量。由于在颈带1105中承载的重量可以比眼镜装置1102中承载的重量对用户的侵入性更小，因此用户可以忍受佩戴较轻的眼镜装置，并且携带或佩戴配对的装置持续比用户将忍受佩戴较重的独立眼镜装置更长的时间，从而使得用户能够将人工现实环境更充分地并入到他们的日常活动中。
[0184]
颈带1105可以与眼镜装置1102和/或其他装置通信地耦合。这些其他装置可以向增强现实系统1100提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图11的实施方案中，颈带1105可以包括两个声换能器(例如，1120(i)和1120(j))，它们是麦克风阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带1105还可以包括控制器1125和电源1135。
[0185]
颈带1105的声换能器1120(i)和1120(j)可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(模拟或数字)。在图11的实施方案中，声换能器1120(i)和1120(j)可以被定位在颈带1105上，从而增加颈带声换能器1120(i)和1120(j)与定位在眼镜装置1102上的其他声换能器1120之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声换能器1120之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的精度。例如，如果声音通过声换能器1120(c)和1120(d)被检测到，并且声换能器1120(c)和1120(d)之间的距离大于例如声换能器1120(d)和1120(e)之间的距离，则检测到的声音的确定的源位置可能比声音已经通过声换能器1120(d)和1120(e)被检测到的情况更准确。
[0186]
颈带1105的控制器1125可以处理由颈带1105和/或增强现实系统1100上的传感器产生的信息。例如，控制器1125可以处理来自麦克风阵列的描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器1125可以执行到达方向(doa)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测声音时，控制器1125可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1100包括惯性测量单元的实施方案中，控制器1125可以从位于眼镜装置1102上的imu计算所有惯性和空间计算。连接器可以在增强现实系统1100和颈带1105之间以及在增强现实系统1100和控制器1125之间传递信息。信息可以呈光数据、电数据、无线数据的形式或任何其他可传输数据形式。将由增强现实系统1100生成的信息的处理移动到颈带1105可以减少眼镜装置1102中的重量和热量，使其对用户更加舒适。
[0187]
颈带1105中的电源1135可以向眼镜装置1102和/或颈带1105提供电力。电源1135可以包括但不限于锂离子电池、锂
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聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的电力储存装置。在一些情况下，电源1135可以是有线电源。在颈带1105上而不是在眼镜装置1102上包括电源1135可以帮助更好地分配由电源1135产生的重量和热量。
[0188]
如所提到的，一些人工现实系统可以用虚拟体验基本上代替用户对真实世界的一个或更多个感官知觉，而不是将人工现实与实际现实混合。该类型的系统的一个实例是头戴式显示系统，诸如图12中的虚拟现实系统1200，其大部分或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统1200可以包括前刚性主体1202和被成形为适于围绕用户的头部的带1204。虚拟现实系统1200还可以包括输出音频换能器1206(a)和1206(b)。此外，虽然在图12中未示出，但是前刚性主体1202可以包括一个或更多个电子元件，其包括一个或更多个电子显示器、一个或更多个惯性测量单元(imu)、一个或更多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的装置或系统。
[0189]
人工现实系统可以包括多种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统1100和/或虚拟现实系统1200中的显示装置可以包括一个或更多个液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机led(oled))显示器和/或任何其他合适类型的显示屏。人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以允许对变焦调节或对于校正用户的屈光不正的另外的灵活性。一些人工现实系统还可以包括具有一个或更多个透镜(例如，常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)的光学子系统，用户可以通过这些透镜来观看显示屏。
[0190]
除了或代替使用显示屏，一些人工现实系统可以包括一个或更多个投影系统。例如，增强现实系统1100和/或虚拟现实系统1200中的显示装置可以包括将光(使用例如波导)投射到显示装置中的微型led投影仪，例如允许环境光穿过的透明组合透镜。显示装置可以朝向用户的瞳孔折射所投射的光，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和真实世界两者。人工现实系统还可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统。
[0191]
人工现实系统还可以包括多种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统1000、增强现实系统1100和/或虚拟现实系统1200可以包括一个或更多个光学传感器，例如二维(2d)或三维(3d)照相机、飞行时间深度传感器、单光束或扫描激光测距仪、3d lidar传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或更多个的数据以识别用户的位置、绘制真实世界的地图、向用户提供关于真实世界周围环境的背景、和/或执行多种其他功能。
[0192]
人工现实系统还可以包括一个或更多个输入和/或输出音频换能器。在图10和图12所示的实例中，输出音频换能器1008(a)、1008(b)、1206(a)和1206(b)可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、和/或任何其他合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器1010可以包括电容式麦克风、电动式麦克风(dynamic microphone)、带式麦克风、和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施方案中，单个换能器可以用于音频输入和音频输出两者。
[0193]
虽然在图10
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图12中未示出，但是人工现实系统可以包括触觉(tactile)(即，触觉(haptic))反馈系统，其可以被结合到头饰、手套、紧身衣裤、手持式控制器、环境装置(例如，椅子、地板垫等)、和/或任何其他类型的装置或系统中。触觉反馈系统可以提供多种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。触觉反馈系统还可以提供多种类型的动觉反馈，诸如运动和顺应性。可以使用电机、压电致动器、射流系统和/或多种其他类型的反馈机构来实现触觉反馈。可以独立于其他人工现实装置、在其他人工现实装置内、和/或与其他人工现实装置结合来实现触觉反馈系统。
[0194]
通过提供触觉感觉、可听内容和/或视觉内容，人工现实系统可以创建整个虚拟体验或者增强用户在多种背景和环境中的真实世界体验。例如，人工现实系统可以帮助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与在真实世界中的其他人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统还可以用于教育目的(例如，用于在学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等中的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可及性目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文公开的实施方案可以在这些背景和环境中的一个或更多个中和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。
[0195]
本文描述和/或图示的工艺参数和步骤的顺序仅作为实例给出，并且可以根据需要变化。例如，虽然本文图示和/或描述的步骤可以以特定的顺序被示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以所图示或讨论的顺序来执行。本文描述和/或图示的多种示例性方法还可以省略本文描述或图示的一个或更多个步骤，或者可以包括除了那些公开的步骤之外的另外的步骤。
[0196]
已经提供了前面的描述，以使本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施方案的各个方面。该示例性描述不意图是穷举性的或者不意图限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文公开的实施方案应当在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的。在确定本公开内容的范围时，应当参考所附的权利要求及其等同物。
[0197]
除非另有说明，否则如在说明书和权利要求书中使用的术语“连接至”和“耦合至”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，通过其他元件或部件)连接两者。此外，如在说明书和权利要求书中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“...中的至少一个”。最后，为了便于使用，如在说明书和权利要求书中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)可与词语“包括(comprising)”互换并且具有与词语“包括”相同的含义。