由张力修改驱动的低压微流体致动器的制作方法

相关申请

本申请要求2017年7月7日提交的美国临时申请号62/529,961的优先权，其通过引用合并于此。

背景技术：

许多类型的微致动器利用受力偏移的薄膜或隔膜。这种致动器通常用于随着流体的注入或移除而打开或关闭微型阀。可以使用几种机电转换机制来产生致动力。

一种现有方法使用由具有坡莫合金(permalloy)柱塞的电磁线圈产生的电磁力来产生致动力。在由介电材料隔开的两个导电板之间还以静电方式产生了致动力。这种静电致动器消耗很少的电力，但是由于它们产生的较小的力和偏移而被限制在各种应用中使用。

也已利用压电材料产生致动力。压电致动器消耗非常少的电能，并且可以产生很大的力；然而，压电致动器的偏移很小，除非以堆叠或双压电晶片的形式出现，这会使它们体积增大并且在某些微型应用中不可行。

其他力产生机构包括双金属、热气动和形状记忆合金(sma)弹簧，作为用于各种目的和各种配置的致动器。

在一些应用中已经结合了上述致动方法，以通过电控制薄膜或隔膜的偏移量来使薄膜或隔膜偏移。但是，这样的配置需要大量的制造和复杂的机电集成，这使得它们对于某些应用是不可行的或不切实际的。

在可变焦距透镜领域中，现有方法包括具有柔性薄膜壁的圆柱形囊，该囊填充有透明光学流体。透镜的形状(并且因此焦距)通过将流体从外部流体供应源泵入和泵出透镜而改变，这导致一个或多个薄膜壁的偏移。一些可商购的示例具有手动调整的液体填充眼镜，其能够在-6到+3屈光度之间调整镜片度数。这种镜片的主要问题是致动机构的尺寸和重量，这对于许多眼镜应用来说是不切实际的。

其他几种致动方法已经尝试过改变镜头的焦距，并取得了不同程度的成功，包括使用外部马达、静电力、电泳运动以及最新的压电技术。市售的最大光圈连续可调可变焦液体镜头是由optotune制造的，其具有20毫米的透明光圈，而最大的电可调谐液体镜头具有10毫米的光圈。然而，这些镜片都没有足够的光圈用于商业用途的眼镜。更大孔径的流体系统已经实现了，但如果不仔细考虑透镜液体在外部流体供给室中的存储，它们对于轻量化应用是不实用的。实现对眼镜很好地起作用的轻质可调焦距镜头仍然是一个尚未解决的问题。

技术实现要素：

本公开阐述了一种张力驱动致动器，其包括支撑结构和第一弹性隔膜，该支撑结构由至少部分限定流体腔室的外围有界壁形成，该第一弹性隔膜在张力下附接到支撑结构并用支撑结构封闭流体腔室。流体被设置在流体腔室中，并且张力修改器结构附接到第一弹性隔膜，使得该结构与第一弹性隔膜处于张力下。响应于对张力修改器结构施加电场，该结构从隔膜张紧位置转变到隔膜松弛位置，使得该结构在尺寸上变形并收缩，从而减小第一弹性隔膜的张力，使得流体压力引起第一弹性隔膜的一部分的偏移。

在一个示例中，张力驱动致动器包括围绕支撑结构被支撑的封闭部分，并且该封闭部分进一步封闭流体腔室。封闭部分可以包括耦合到支撑结构或形成为支撑结构的一部分的刚性支撑结构。可替代地，封闭部分可以包括第二弹性隔膜。

在一个示例中，张力修改器结构可以是金属结构，其可以包括sma线圈、压电线圈或可具有两个或更多线匝的其他材料。张力修改器可以附接到或嵌入在第一弹性薄膜内。

在一个示例中，流体被加压，并且在第一弹性隔膜偏移之前和之后限定固定的流体体积。

本公开阐述了一种聚焦透镜系统，其包括至少一个如上所述(或在本文所述的其他示例中)的张力驱动致动器。在这些情况下，第一弹性隔膜和相对的第二弹性隔膜是光学透明的。

本公开还阐述了一种微流体阀，其包括至少一个如上所述(或在本文所述的其他示例中)的张力致动器，该张力致动器定向于微流体通道内并且定位成使得该通道在隔膜松弛位置关闭并在隔膜张紧位置打开。

在一个具体示例中，本公开阐述了一种用于动态修改焦距的张力驱动致动器，其包括：由至少部分地限定流体腔室的周边有界壁形成的支撑结构；第一透明弹性隔膜，其在张力下附接到支撑结构的一侧；第二透明弹性隔膜，其附接到支撑结构的另一侧，使得支撑结构与第一透明弹性隔膜和第二透明弹性隔膜限定流体腔室；透明流体，其被设置在流体腔室中，并且该透明流体被加压以向第一透明弹性隔膜和第二透明弹性隔膜施加力；附接到第一透明弹性隔膜的张力修改器结构(例如，sma或压电线圈)；以及电耦合到线圈的电源。因此，在向线圈施加电场后，线圈变形并收缩，由此减小第一透明弹性隔膜的张力，使得流体压力导致第一透明弹性隔膜的一部分偏移，从而修改张力驱动致动器的焦距。

因此，已经相当广泛地概述了本发明的更重要的特征，以便更好地理解下面对本发明的详细描述，并且可以更好地理解本发明对现有技术的贡献。通过下面结合附图和权利要求书对本发明的详细描述，本发明的其他特征将变得更加清楚，或者可以通过本发明的实施而获悉。

附图说明

图1a是根据本公开的示例的处于隔膜张紧位置(即尚未被致动)的张力驱动致动器的侧视横截面图。

图1b是处于隔膜松弛位置(即已被致动)的图1a的张力驱动致动器。

图2a是根据本公开的示例的具有形状记忆合金(sma)线圈的第一弹性隔膜的侧视横截面图，该sma线圈可以通过在隔膜中形成凹槽而与图1a的张力驱动致动器结合。

图2b是根据本公开的示例的具有嵌入式sma线圈的第一弹性隔膜的侧视横截面图，该嵌入式sma线圈可以与图1a的张力驱动致动器结合。

图3是根据本公开的示例的具有用于修改焦距的张力驱动致动器的眼镜的立体图。

图4a是根据本公开的示例示出用于制造张力驱动致动器的分离部件的侧视横截面图。

图4b示出图4a的张力驱动致动器的部件的组装件，其中第一弹性隔膜线性膨胀以在张力下固定。

图4c示出用合适的流体填充图4b的张力驱动致动器。

图5是根据本公开的示例示出张力驱动致动器的位移作为电压的函数的曲线图。

图6是根据本公开的示例示出张力驱动致动器的位移作为针对张力驱动致动器的两个不同流体压力的电压的函数的曲线图。

图7示出根据本公开的示例与施加到特定张力驱动致动器的四个不同电压相关联的光学透镜的结果的图像。

图8a示出根据本公开的示例以微流体阀致动器的形式且处于隔膜张紧位置的张力驱动致动器的示意性侧视图。

图8b是处于隔膜松弛位置的图8a的微流体阀致动器，其导致关闭或部分阻塞的通道。

提供这些附图是为了说明本发明的各个方面，而无意于在尺寸、材料、构造、布置或比例方面限制范围，除非权利要求另有限制。

具体实施方式

虽然对这些示例性实施例进行了足够详细的描述以使本领域技术人员能够实施本发明，但是应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现其他实施例并且可以对本发明进行各种改变。因此，下面对本发明的实施例的更详细的描述并不是为了限制本发明要求保护的范围，仅被呈现以用于说明的目的，而不是为了限制对本发明的特征和特性的描述，从而阐明本发明的最佳操作方式并使本领域技术人员足以能够实践本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

定义

在描述和要求保护本发明时，将使用以下术语。

除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个对象。因此，例如，对“一个线圈”的引用包括对一种或多种这种材料的引用，而对“施加”的引用指代一种或多种这样的步骤。

如本文所用，术语“大约”用于提供与给定术语、度量或数值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定特定变量的灵活性。但是，除非另有说明，否则术语“大约”通常表示灵活性小于2％，最通常小于0.5％，并且在某些情况下小于0.01％。

如本文中关于所标识的特性或情况所用，“基本上”是指足够小的偏离程度，以至于不能在测量方面减损所标识的特性或情况。在某些情况下，允许的确切偏差程度可能取决于特定的上下文。

如本文所用，“相邻”是指两个结构或元件的接近度。特别地，被标识为“相邻”的元件可以邻接或连接。这样的元件也可以彼此靠近或接近而不必彼此接触。在某些情况下，确切的接近程度可能取决于特定的上下文。

如本文所用，为了方便起见，可以在共同的列表中呈现多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。但是，这些列表应被解释为列表中的每个成员都被单独标识为单独且唯一的成员。因此，仅基于它们在共同组中的呈现而没有相反的指示，该列表的任何单个成员都不应被解释为相同列表的任何其他成员的事实上的等同物。

如本文所用，术语“至少一个”旨在与“一个或多个”同义。例如，“a、b和c中的至少一个”明确地仅包括a、仅包括b、仅包括c以及每一个的组合。

浓度、数量和其他数值数据可以在本文以范围格式表示。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应该灵活地解释为不仅包括明确列举为范围极限的数值，而且还包括该范围内包含的所有个别数值或子范围，就好像每个数值和子范围都是明确表示的。例如，大约1到大约4.5的数值范围应解释为不仅包括明确列出的1到大约4.5的极限值，而且还包括2、3、4等单独的数字和1到3、2到4等子范围。同样的原则适用于仅列举一个数值的范围，例如“小于4.5”，应将其解释为包括所有以上列举的值和范围。此外，无论所描述的范围的广度或特性如何，都应采用这种解释。

任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可按任何顺序执行，且不限于权利要求中所述的顺序。仅在特定权利要求限制中存在以下所有条件的情况下，才采用手段加功能或步骤加功能限定方式：a)明确叙述“用于……的手段”或“用于……的步骤”；b)明确叙述了相应的功能。在本文的描述中明确叙述了支持手段加功能的结构、材料或动作。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由在此给出的描述和示例来确定。

由张力修改驱动的微流体致动器

图1a示出处于张紧隔膜位置a(即在致动之前)的张力驱动致动器100，而图1b示出处于松弛隔膜位置b(即在致动后)的张力驱动致动器100。如下文进一步讨论的，张力驱动致动器100可以被结合为图3的眼镜e的可变焦距透镜。

作为概述，张力驱动致动器100可以包括支撑结构102、附接至支撑结构102的任一侧的第一和第二弹性薄膜或隔膜104a和104b，以及附接到或嵌入第一弹性隔膜104a中的金属结构108。流体110可以被设置在流体腔室112中，并且可以被加压到足以使第一弹性隔膜104a至少部分偏移。在将第一弹性隔膜104a和金属结构108(例如，sma线圈)附接至支撑结构102之前，可以将它们拉动或置于张力下。在图1a的张紧隔膜位置a中，由流体110施加的流体压力可以对第一弹性隔膜104a和第二弹性隔膜104b施加力，使得第一弹性隔膜104a和第二弹性隔膜104b由于弹性隔膜的弹性性质和施加于其上的流体压力而倾向于向外膨胀或隆起。

应注意，由于第一弹性隔膜104a在附接到支撑结构102时处于张力下，因此第一弹性隔膜104a可以比第二弹性隔膜104b膨胀或隆起较小的程度。金属结构108可以耦合到电源114，使得响应于电场的施加，金属结构108将张力驱动致动器100从隔膜张紧位置a(图1a)转变到隔膜松弛位置b(图1b)。因此，金属结构108(通常为sma线圈)在被电力加热时会变形并收缩。也就是说，金属结构108的线长度减小，从而使金属结构108的尺寸或直径或形状变形和收缩。金属结构108的这种转变或收缩导致第一弹性隔膜104a的张力减小，使得来自流体110的流体压力导致如图1b所示第一弹性隔膜104a的中间部分116的偏移(或松弛)，由此致动张力驱动致动器100。第二弹性隔膜104b也可以由于第一弹性隔膜104a的张力的松弛而偏移，因为如下所述中间部分116附近的张力小于第二弹性隔膜104b的中间部分119的张力。

第一弹性隔膜104a和第二弹性隔膜104b的这种偏移可用于修改张力驱动致动器100被用作聚焦透镜时的焦距，或产生用于另一目的的致动力。因此，如下面进一步详细描述的，作为聚焦透镜，张力驱动致动器100可以通过改变施加到金属结构108上的电压量而被操作以动态地修改焦距。作为纯致动器，张力驱动致动器(例如，图8a的600)可以从相对小的电压产生相对大的致动力，这也将在下面详述。在这两种应用中，由于流体腔室包含固定的流体体积，因此流体腔室中的流体体积或流体量在张力驱动致动器的致动之前或致动之后均不改变。致动是由张力驱动的，而不是通过添加或去除流体来驱动的。这种“张力驱动”的配置极大地降低了制造和操作本文举例说明的张力驱动致动器的复杂性。下面将进一步详细讨论这些和其他优点。

在一个示例中，支撑结构102可以是眼镜架e(图3)的一部分，或者它可以是单独的壁，使得可以将完整的透镜单元插入相应的眼镜架中。支撑结构102可以是另一系统(例如微流体阀系统)的一部分(例如，参见图8a)。支撑结构102可以由至少部分地限定流体腔室112的外围有界壁118形成。外围有界壁118可以具有线性和/或径向表面轮廓，或其他合适的形状或轮廓。在与眼镜相关的一个示例中，支撑结构102可以具有大约18mm的内半径和大约21mm的外半径，尽管这些值可以根据致动器的设计而变化。作为一般准则，内半径可在约10mm至约30mm的范围内，并且最通常在约15mm至约22mm的范围内。类似地，厚度可以根据期望的焦距范围或致动距离而变化，但是通常限定流体腔室112的外围厚度。一般情况下，支撑结构的厚度可为约0.5mm至约15mm，通常为约1mm至约6mm。支撑结构102可以包括诸如金属的刚性或半刚性材料、诸如丙烯酸的聚合物、复合材料、玻璃等。在一些示例中，支撑结构可以是刚性塑料，例如pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)。

支撑结构102可以包括第一侧120a和相对的第二侧120b。如图所示，第一弹性隔膜104a可以被附接到第一侧120a，而第二弹性隔膜104b可以被附接到第二模具(die)120b。以这种方式，第一弹性隔膜104a的外围端部122a可以被附接(例如，经由硅树脂粘合剂)到支撑结构102的第一侧120a的第一附接表面124a。类似地，第二弹性隔膜104b的外围端部122b可以被附接到支撑结构102的第二侧120b的第二附接表面124b。硅树脂粘合剂可以提供弹性隔膜的有效附接，但也可以使用其他粘合剂，例如氰基丙烯酸酯。此外，还可以使用诸如但不限于机械夹紧、表面活化的直接键合等的其他机构将弹性隔膜固定到支撑结构上。

应注意，第二弹性隔膜104b可以被视为封闭部分，因为它封闭流体腔室并形成底部边界。然而，在另一示例中，下部的第二弹性隔膜可以由下文关于图8a和图8b描述的刚性支撑结构代替，该刚性支撑结构也用作封闭部分。

本文例示的弹性隔膜可以包括任何合适的弹性薄膜或隔膜，例如聚二甲基硅氧烷(pdms)弹性隔膜、柔性玻璃薄膜、柔性氮化硅薄膜和弹性硅橡胶薄膜。根据实际用途，本文例示的弹性隔膜可以是光学透明的，或者可以是不透明的。在使用可固化pdms薄膜的示例中，弹性隔膜的杨氏弹性模量可以根据固化周期和基础剂与固化剂的混合比而变化。在这样的示例中，杨氏弹性模量可以在500kpa至1mpa的范围内，并且在一些示例中可以在200kpa至100mpa的范围内。在一个示例中，本文例示的弹性隔膜的厚度可以为约1.5mm，尽管通常该厚度可以在0.50mm至2mm的范围内，并且最常见地在0.5mm至1.5mm的范围内。

本文例示的金属结构(例如108、208、308、608)可以是sma线圈，该sma线圈具有嵌入或附接到第一弹性隔膜的一个或多个线匝。作为由金属丝形成的sma线圈，线匝可以彼此相邻或偏置，并沿共同平面放置。sma线圈可以包括多个基本同心的线圈环。在某些情况下，线圈环的数量可以在2到15的范围内，并且最常见的是在2到8的范围内，具体取决于所选的sma材料、期望的偏移等。尽管具体尺寸可以变化，但是sma金属丝的金属丝直径通常为30μm至1000μm，并且最常见的是50μm至300μm。

线圈环可以定向在第一弹性隔膜上以便不遮挡视线，并且通常可以定向在第一弹性隔膜的外周界区域。支撑结构与线圈环之间可以保持一定的距离。然而，通常线圈环可以在支撑结构的内壁的半径的约50％至约98％范围内居中定向，通常在约60％至约90％范围内。

如图2a所示，sma线圈形式的特定金属结构208可以包括六个线匝并且可以被嵌入弹性隔膜中。金属结构208可以被附接或耦合到第一弹性隔膜204a的螺旋凹槽210，使得sma线圈的收缩引起对弹性隔膜的拉力或收缩力。

图2a的示例可以通过创建丙烯酸模具(未示出)来制造，该丙烯酸模具具有定形成与特定的第一弹性隔膜的期望形状和尺寸相对应的凹部或型腔。然后，将螺旋模制的凹槽激光切割到型腔周围的丙烯酸模具中。每个螺旋模具凹槽可以为约0.5mm深和约170μm宽，并且两个相邻凹槽之间的距离可以为约450μm。制成丙烯酸模具(具有型腔和螺旋模制的凹槽)之后，可以将可流动的pdms(或其他弹性材料)与基础固化剂(例如sylgard184硅酮弹性体，以10：1的比例)混合，然后倒入丙烯酸模具的型腔中以制成具有螺旋凹槽210的第一层211a。在一个示例中，该第一层211a可以在45℃下被加热5小时以固化。一旦固化，就可以从丙烯酸模具中去除第一层211a，然后可以将金属结构208(例如，直径为100-310μm的sma金属丝)插入第一层211a的螺旋凹槽210的脊部之间。然后，第二层211a(例如pdms材料)可以被旋转铸造在第一层211a中(或以其他方式设置在第一层211a上)，从而形成包括嵌入其中的金属结构208的第一弹性隔膜204a。形状记忆合金线圈的引线部分(未示出)可以从第一弹性隔膜204a伸出，以允许电耦合到控制系统，该控制系统具有用于控制施加到金属结构208的电压量的电源和微处理器(例如，参见图3)。

图2b示出另一种类型的第一弹性隔膜304a，其具有嵌入其中的金属结构308，该金属结构308可以是具有例如3个线匝的sma线圈，并且具有比图2a的sma线圈更大的金属丝直径。一旦在空间中或表面上形成或定位了线圈，就可以使pdms材料在金属结构308上方和周围流动，以将金属结构308嵌入第一弹性隔膜304a中。在另一示例中，可以在两个步骤中使pdms材料流动，以允许金属结构被完全密封在第一弹性隔膜内。

形状记忆合金是一种记忆其原始形状的合金，当变形后，该合金(例如通过电力)被加热时会恢复到其变形前的状态。形状记忆合金是非常轻质的固态设备，其可以用作致动器(例如sma弹簧)。因此，当本公开的sma线圈在附接到支撑结构上时被预拉伸或通过弹性隔膜处于张力下，该sma线圈已经变形，因此在被加热时将恢复到其变形前的状态，从而在弹性隔膜上向内收缩和径向拉动以减小其张力，如本文示例中进一步讨论的。合适的sma材料的非限制性示例包括铜-铝-镍、镍-钛(niti)合金、cu-zn-al、cu-al-ni、fe-mn-si、ag-cd、au-cd、cu-sn、cu-zn-x(x＝si,al,sn)、fe-pt、mn-cu、co-ni-al、co-ni-ga、ni-fe-ga、ti-nb、ni-ti-hf、ni-ti-pd、ni-mn-ga等。合适的压电材料的非限制性示例可以包括钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸钾、钨酸钠、石英、铌酸锂、砷化镓、氧化锌、氮化铝、铌酸钾钠、铁酸铋、铌酸钠、钛酸铋、钛酸铋钠等。类似地，一些聚合物材料和有机纳米结构也可以表现出电响应形状变化行为，例如聚偏氟乙烯、二苯基丙氨酸肽纳米管等。

一般而言，继续参考图1a和图1b，可以在光学上测量第一弹性隔膜的中间部分116的偏移，该偏移是施加到金属结构108的电压的函数。在第一弹性隔膜104a和第二弹性隔膜104b是光学透明薄膜的示例中，当向图1b所示的金属结构108施加电压时，这些弹性隔膜发生偏移。张力驱动致动器100改变其形状，并且入射光的相位产生透镜效应。如等式(1)所示，第一弹性隔膜104a的总隔膜偏移δz大约与光学功率变化成比例。

这里，δpoptical是透镜光学功率的变化，r是透镜的径向孔径(例如，由外围有界壁118限定)，并且n是流体110的折射率(例如，折射率为1.47的甘油)。透镜光学功率可以使用来自thorlabs(wfs150-7ar)的shackhartmann(sh)传感器来测量，但也可以使用其他设备。

当电压被施加到金属结构108(例如sma线圈)时，发生电阻性加热，并且sma线圈将其物相从马氏体状态转变为奥氏体状态，这使得sma线圈的长度(即线圈从一端到另一端的总金属丝长度)收缩。sma线圈的收缩导致沿着第一弹性隔膜104a的平面的向内力，这减小了第一弹性隔膜104a的主体或中间部分116上的张力。这种收缩改变了第一弹性隔膜104a的净张力(t1-t2)，使其根据等式(2)如图1b中那样隆起。

应注意，to是图1a的第一弹性隔膜104a的初始张力，tw是电控制的sma线圈张力，a是取决于致动器材料和设备结构的经验常数，并且v是施加的电压。压力po是流体腔室112中的初始流体压力。对于固定的预先拉伸，这种内向力(即第一弹性隔膜104a的偏移)的程度取决于sma线圈的直径及其线匝数量。如果sma线圈的收缩力很大，则sma线圈的收缩会引入有效的sma线圈感应张力并因此引入等式(3)。

这被从薄膜预先拉伸张力(t1)中减去。这里，δl是sma线圈在径向方向上的收缩，l是sma线圈从其中心起的初始距离，em是第一弹性隔膜104a的杨氏模量，并且tm是第一弹性隔膜104a的厚度。

如上所述，图3示出一副眼镜e，其包括框架402和至少一个张力驱动致动器400，例如本文所述的张力驱动致动器。框架402可以支撑具有电源414和微控制器416的控制系统412，微控制器416用于控制被用作聚焦透镜的张力驱动致动器400的焦距。电源414(例如，可再充电电池)可以电耦合至张力驱动致动器400的金属结构(例如，sma线圈)，并且微控制器416可以电耦合至电源414，以控制施加到金属结构的电压量。可以使用任何合适的低功率微控制器。

微控制器416可以可选地具有无线接口，该无线接口通过蓝牙、ble(或其他无线协议)连接与外部计算机系统(例如智能电话或平板电脑)无线通信。因此，可以将定制开发的软件应用程序(用于android和ios设备)配置为基于到佩戴者观看的物体的距离以及用户基线焦距或他的眼镜处方，通过使微控制器416根据期望的特定焦距将电压施加到每个透镜的张力驱动致动器来控制眼镜的透镜的焦点。可替代地，微控制器416可以被编程为经由智能电话应用来控制张力驱动致动器的焦距。该应用程序被用于上传用户设置，例如眼镜处方、视觉缺陷的类型(远视、近视和其他类型)以及与控制回路的速度相关的参数(更新自适应镜头的频率)、距离测量选项、滤镜选项、延长的电池寿命选项以及各种其他参数。

图4a至图4c示出了组装或制造张力驱动致动器500的方法，诸如可以被实施以用于制造本文所述的张力驱动致动器的方法。在图4a中，张力驱动致动器500可以被形成为具有支撑结构502，该支撑结构502具有外围有界壁518，并且具有相对的第一侧520a和第二侧520b。如下所述，可以通过支撑结构502形成第一流体端口521a和第二流体端口521b，以用于注入加压流体。第一弹性隔膜504a可以具有与上述第一弹性隔膜104a相同或相似的特性。因此，诸如关于图2a和图2b的示例所描述，金属结构508(例如，sma线圈)可以被附接到或嵌入在第一弹性隔膜508a中。第二弹性隔膜504b可以具有与上述第二弹性隔膜104b相同或相似的性质，并且可以被附接(例如，经由硅树脂粘合剂)到支撑结构的第二侧520b，并且可以在一定量的张力下被附接。

第一弹性隔膜504a和嵌入的金属结构508可以在径向或向外的方向上被预先拉伸或在张力下被放置(参见图4b的箭头t1)，然后附接到支撑结构502的第一侧520a。因此，如上所述，在组装张力驱动致动器500期间，第一弹性隔膜504a和金属结构508处于期望的或选定的张力量下。现在，通过将第一弹性隔膜504a和第二弹性隔膜504b附接到支撑结构502的相对侧来限定流体腔室512。应注意，第一弹性隔膜504a的外围端部522a被附接到支撑结构502，使得第一弹性隔膜504a的中间区段517位于由支撑结构502的外围有界壁518的内表面523限定的区域周围。因此，在该中间部分517附近或相邻处，第一弹性隔膜504a的一部分被锚定或界定到邻近流体腔室512的支撑结构502的第一侧520a，而中间区段517通常自由地弹性变形和偏移。因此，金属结构508被支撑在第一弹性隔膜504a的中间区段517附近，其位置使得金属结构508位于由流体腔室512限定的剖面区域内。这种配置允许金属结构508不受支撑结构502的移动限制，因此金属结构508的收缩可以自由地向内拉动中间区段517的中间部分516，以松弛或减小围绕该区域的张力，从而允许流体压力向中间部分516施加向上或向外的力以使其隆起(同时外围端部522a保持固定或锚固至支撑结构502)。

如图4c所示，可以通过第一流体端口521a将期望体积的加压流体(例如甘油)从流体注入装置524注入流体腔室512。可选地，可以形成封闭的流体回路系统，该流体回路系统通过第二流体端口521b返回流体注入装置524。然后可以密封第一流体端口521a和第二流体端口521b，从而形成或产生流体腔室512的固定流体体积，该流体体积对第一弹性隔膜504a和第二弹性隔膜504b施加均匀的力。该压力流体导致第一弹性隔膜504a和第二弹性隔膜504b偏移或隆起，如图4c所示和上文关于图1b所述。然后，图4c的张力驱动致动器500准备用于具有固定流体体积和压力系统的特定目的。尽管甘油可以有利地用作加压流体，但是合适流体的其他非限制性示例可以包括水、肉桂油、矿物油、光学流体(例如可从cargille实验室或其他类似公司购买到)等。当设计透镜系统时，也可以考虑加压流体的折射率。

有利的是，由于流体腔室是在流体压力下被密封的，并且由于第一弹性隔膜处于张力下，因此在致动致动器(例如，改变焦距)时，不需要向流体腔室添加或从流体腔室移除任何数量的流体。因此，一旦流体被注入流体腔室内并被密封，则流体腔室将始终是固定的流体体积。这是因为致动不是通过从外部流体供应源供应流体压力来实现的；而是通过加热sma线圈来促进驱动，例如，加热sma线圈可以降低第一弹性隔膜504a的预加载或施加的张力。可替代地，压电线圈仅在没有加热或加热很少的情况下施加电流时才改变形状，同时流体腔室内的流体体积保持恒定。这相对于现有系统而言是有利的，现有系统需要通过外部流体腔室或压力源从主流体腔室室添加/排出流体，尤其是对于眼镜而言是复杂且笨重的。

图5是示出特定张力驱动致动器(例如上述张力驱动致动器100)的偏移与电压的关系的曲线图。更具体地，该曲线图的结果是通过使用张力驱动致动器得出的，该张力驱动致动器包括金属结构，该金属结构是具有六个线圈线匝的sma线圈，其中金属丝直径为100μm，初始电阻为约120.2ω，并且在第一隔膜(例如104a)两侧的压力差为约700pa。在该示例中，如上所述，响应于大约20v而测得的最大偏移(例如，δz)为约377μm，这是通过固定流体体积致动器实现的。

图6是示出由于在特定张力驱动致动器(例如上述张力驱动致动器100)的流体腔室中包括不同的初始流体压力而产生的效果的曲线图。该特定张力驱动致动器可以包括金属结构，该金属结构是具有一个线圈线匝并且具有310μm的金属丝直径的sma线圈。这种特定的金属丝提供的力是直径为100μm的金属丝提供的力的大约八倍，因为它的直径要粗得多(但需要更多的功率)。对于具有920pa的初始流体压力的该张力驱动致动器，第一弹性隔膜的偏移大于张力驱动致动器被提供810pa的初始流体压力时的偏移。这是因为初始流体压力越大，当由sma线圈减小张力时对第一弹性隔膜的流体压力就越大。如曲线图所示，在相对低的电压(例如1v至10v)下，可能的最大偏移可以在400-600微米的范围内(例如，在36mm直径的薄膜上)。如本文所例示，这些结果已经在各种sma金属丝直径和线圈匝数下实现。

应注意，sma线圈的匝数越多，收缩程度越大，这是因为与具有较少匝数且具有相同直径的线圈相比，具有更多匝数的sma线圈的金属丝更长并且因此其收缩程度越大。因此，匝数与sma线圈施加的收缩力成比例。还应注意，sma线圈的金属丝直径也与收缩力的大小成比例，因此金属丝越细(例如50μm)，可能需要越多的线匝来产生期望的收缩力。并且，金属丝直径越大(例如200μm)，可能需要越多的功率来实现期望的致动。

图7示出通过特定的张力驱动致动器(用作光学透镜)拍摄的四个图像，分别对应于四个不同的电压0v、1v、2.5v和3v，并且响应带宽为约1hz。这些图像说明了随着电压的增加和变化，第一弹性隔膜的光学功率逐渐增大并且偏移增大。

在可替代示例中，图8a示出处于张紧隔膜位置c(即在致动之前)的张力驱动致动器600，并且图8b示出处于松弛隔膜位置d(即在致动之后)的张力驱动致动器600。如下所述，张力驱动致动器600可以被结合作为微流体阀致动器。更具体地，张力驱动致动器600可以包括支撑结构602、弹性隔膜604a和附接至支撑结构602的任一侧的封闭部分604b。在该配置中，封闭部分604b是刚性底壁而不是弹性薄膜。类似于以上关于图2a和图2b所描述的，金属结构608(例如，sma线圈)可以被耦合或附接到弹性隔膜604a。流体610被设置在流体腔室612中并且可以被加压。类似于上面的示例中所描述的，在将弹性隔膜604a和金属结构608附接到支撑结构602之前，可以在张力下拉动弹性隔膜604a和金属结构608。如图8a所示，由于弹性隔膜的弹性属性，由流体610施加的流体压力可以在致动之前向弹性隔膜604a施加向外的力以使其膨胀或凸出。在该示例中，封闭部分604b可以是刚性支撑部分，该刚性支撑部分是支撑结构602的一部分，或者是附接到支撑结构602的单独部件。

作为微流体阀致动器，张力驱动致动器600可以用微流体通道650进行定向，并被定位成使得微流体通道650在隔膜松弛位置(图8b)关闭并且在隔膜张紧位置(图8a)打开。微流体通道650可以是如图所示的任何流体通道，或者可以是穿过管或其他部件的流体通道，该管或其他部件能够在致动时被张力驱动致动器600挤压或压缩，以限制或约束流体(或气体)流过通道。

金属结构608可以耦合到由微控制器(未示出)控制的电源(未示出)，使得响应于电场的应用，金属结构608被加热并且从隔膜张紧位置c(图8a)转变到隔膜松弛位置d(图8b)。因此，金属结构608(例如，sma线圈)在尺寸(例如，长度)上变形并收缩。金属结构608的这种转变导致弹性隔膜604a的张力减小，从而来自流体610的流体压力导致弹性隔膜604a的中间部分616的偏移(或松弛)，如图9b所示。

同样如上所述，弹性隔膜604a的这种偏移可用于产生致动力，以限制或约束流体流动(或气体流动)，或用于可受益于由相对低电压导致的相对大致动力的其他应用。有利的是，流体腔室中的流体体积或流体量在张力驱动致动器致动前后不改变，因为流体腔室包含固定的流体体积。这极大地降低了在此例示的制造和操作张力驱动致动器的复杂性。应注意，在该示例中，在致动期间流体腔室中的流体压力可能会略微下降，因为该张力驱动致动器仅包含一个弹性隔膜(与图1a和图1b的两个弹性隔膜形成对比)，因此弹性隔膜604a的松弛有效地增加了流体腔室的面积，这可以减小流体压力，但是不影响装置的操作/致动。

以上具体实施方式参照特定示例性实施例描述了本发明。然而，应当理解，可以在不脱离随附权利要求中所述的本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。具体实施方式和附图应被视为仅仅是说明性的，而不是限制性的，并且所有这些修改或改变(如果有的话)都旨在落在如本文所描述和阐述的本发明的范围内。