CN102099712B - 电活性光学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了包括光学元件(1)和电活性元件(2)的电活性光学装置，特别是电活性透镜。光学元件(1)是弹性固体，例如凝胶或聚合物。电活性元件(2)包括堆叠的多个柔性电极(3a-3e)，在所述柔性电极之间具有电活性材料(5)。电活性元件(2)被刚性壁(4a，4b)环绕，这为电极(3a-3e)提供了两个共用的接触。在没有施加电压的情况下，光学元件(1)处于机械松弛的状态，这减少了不期望的老化效应。在将电压施加到电极(3a-3e)上时，光学元件(2)变形。
Description
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(polymeractuator)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；
图8是制造过程中的第五步骤；
图9示出在没有施加电压的情况下、在施加小的电压的情况下、以及在施加大的电压的情况下的由两个透镜构成的组件的截面图；
图10示出由四个堆叠透镜构成的组件；
图11是具有分级的电极(graded electrode)的透镜的示图；
图12示出束偏转器的顶视图；
图13示出在三种不同状态中束偏转器的沿着图12中的XIII线的截面图；
图14示出具有缓冲层的光学装置的另一实施例；
图15示出具有盖层的光学装置的另一实施例；以及
图16示出具有盖层和缓冲层的光学装置的另一实施例；
具体实施方式
定义
术语“轴向的”通常用来指与处于松弛状态中的光学元件的中心区的表面垂直的方向。如果存在基板，在大多数情况下基板将被对准为垂直于轴向。
术语“径向的”用来指垂直于轴向的方向。
引言
本发明能够以诸如电活性透镜、束偏转器、或抗抖动装置(anti-jittering device)的各种形式来实施。下面描述这些应用中的一部分。
电活性透镜
作为电活性透镜的本发明的一个可能的实施例在图1和2中示出。该透镜包括弹性光学元件1和电活性元件2。在本实施例中，光学元件1是圆形的，且电活性元件2围绕该光学元件。然而，如下所述，只要电活性元件2与光学元件1的至少一侧横向相邻，也可以将本发明实施用于非圆形透镜，例如柱形透镜。
电活性元件2包括至少两个(有利地，多于两个)垂直地堆叠的电极3a-3e，这些电极形成至少一个电极对，有利地，形成堆叠的数个电极对。
最上面的第一电极3a通过引线(lead)9a电连接至侧壁的第一部分4a，而接下来的第二电极3b通过引线9b连接至侧壁的第二部分4b，第三电极3c再通过引线9c连接至第一部分4a，第四电极3d通过引线9d连接至第二部分4b，等等，使得相邻电极连接至侧壁的不同部分。侧壁是导电的，且为固体材料，例如导电性聚合物。当在侧壁的两个部分4a、4b之上施加电压差时，在每一个相邻的电极对3a-3e之上施加相同的电压差。
电活性材料5位于电极3a-3e之间的间隙中，即，电极之间的所有间隙被电活性材料5填充。电活性材料是当在相邻电极之间施加电压时受到由电极之间的库仑力导致的麦克斯韦应力的作用而弯曲的任意材料。有利地，电活性材料5是固体，例如介电弹性体、或凝胶。
透镜的光学元件1可以是与电活性材料5相同的材料-这简化了制造过程，如下所述。然而，光学元件1也可以是与电活性材料5不同的材料，从而允许独立地优化光学元件1和电活性元件2的物理性质。
光学元件1是透明的弹性固体或凝胶，在没有电压施加到电极3a-3e时，其由于上述原因处而于机械松弛的状态。有利地，该光学元件1由单片材料制成。
图1和2的透镜的功能参照图3示出。可以看出，当将非零电压V施加到由电极3a-3e形成的所有的相邻电极对之上时，根据所使用的电活性材料，电极之间的库仑力和/或材料内的多极子的重新排列导致电极之间轴向的距离的减小或增加。特别地，可对液晶弹性体进行工程处理，以在施加场的方向上膨胀，而大部分其它材料将会收缩。
如果在施加场时电活性材料收缩，则电活性元件2的厚度将减小。由于电活性元件2与光学元件1横向地连接，所以在与电极相邻的光学元件中产生压缩的第一区域。这样进而导致了光学元件1的材料在远离压缩的第一区域的方向(典型地是朝着光学元件1的中心的方向)上的径向位移。进而，这样在光学元件中由于材料的不可压缩性而形成了轴向膨胀的第二区域。在图3中，该轴向膨胀区域位于光学元件2的中心。
如果电活性材料沿施加场膨胀，则电活性元件2的厚度增加，且光学元件1的第一区域沿轴向膨胀，然而第二区域收缩。
因此，将电压施加到电极导致光学元件1中的材料的重新分布，这又影响了其表面的曲率。特别地，由于收缩的电活性元件所施加的边界条件，光学元件1在与施加了电压的电极相邻的区域内变薄，然而在其它地方变厚。
取决于光学元件1和电活性元件2的厚度和体积，如果电极之间的距离减小，基于在施加电压时所述电极之间的电活性材料5压缩的事实，为光学元件1的变形提供了一种贡献。这种压缩被转换为材料的横向膨胀(体积近似恒定)，从而导致材料从电活性元件2流入光学元件1，由此使得光学元件1更厚，且有利地是体积更大的。特别是，如果壁4a、4b是固体，有利地是刚性的、环形的，则横向膨胀向内进行且在光学元件1的弹性材料上施加压力，从而导致光学元件1表面的变形。如图3中所示，如果松弛表面(图1)最初是平坦的，则变形导致表面向外突出，由此形成凸透镜表面，从而影响了光学部分1形成的透镜的焦距。
如前所提到的，本透镜并不一定是圆形透镜。如前所提到的，例如，它也可以是柱形的。在这一情况下，光学元件1由长条的透明的弹性材料形成，其中，至少一个狭长的电活性元件2沿其至少一侧布置，使得电活性元件2能够在与电极相邻的光学元件1中产生压缩的或膨胀的第一区域，如上所述。此外，在这一情况下，有利的是，在电活性元件2的第二侧(相反侧)定位固体壁，以防止电活性材料5在该方向上屈服，由此使材料的整个电压诱导位移朝着光学元件1的方向进行。
从图1-3可以看出，有利地，透镜包括固体的透明基板7，其上布置有电活性元件2和光学元件1。如下所述，这样的基板为装置提供机械稳定性，且简化制造过程。然而，如果光学元件1具有足够的机械稳定性，也可以省去基板7。
为了即使在施加的电压小时也获得强的库仑力，相邻电极3a-3e之间的距离也不应该太大。有利地，两个相邻电极之间的距离应该小于250μm，特别是近似10μm，且该距离应当足够小以使得在低于1kV的电压处发生明显的变形。
电极应该是柔性的，即，电极应该能无损地跟随电活性元件2的变形。因此，有利地，电极由下面的材料之一制造：
●碳纳米管(参见“Self-clearable carbon nanotube electrodesfor improved performance of dielectric elastomeractuators”，Proc.SPIE，Vol.6927，69270P(2008)；)
●碳黑(参见“Low voltage，highly tunable diffraction gratingbased on dielectric elastomer actuators”，Proc.SPIE，Vol.6524，65241N(2007)；)
●碳脂(carbon grease)
●离子(Au、Cu、Cr......)(参见“Mechanical properties ofelectroactive polymer microactuators with ion-implantedelectrodes”，Proc.SPIE，Vol.6524，652410(2007)；)
●流体金属(例如Galinstan)
●金属粉，特别是金属纳米颗粒(金、银、铜)
●导电性聚合物
●连接至可变形引线的刚性电极
例如，光学元件1的材料和电活性元件2的电活性材料5可包括或包含：
●凝胶(Liteway的光凝胶OG-1001)
●弹性体(TPE、LCE、硅树脂，例如PDMS Sylgard 186、丙烯酸树脂、氨基甲酸酯)
●热塑性塑料(Thermoplaste)(ABS、PA、PC、PMMA、PET、PE、PP、PS、PVC......)
●硬塑料(Duroplast)
电极3a-3e的几何形状不必一定相同。图11示出了一个有利的实施例，其中电极3a-3e的内直径朝向装置表面越来越大。换句话说，至少最接近顶表面的电极3a比接下来的较低的电极具有更大的内直径。(本文中，“顶表面”是指在施加电压时变形的透镜的表面。)
在施加电压时，这一设计减小了在电活性材料5中和在光学元件1的材料中的机械应变。
在更为通用的术语中，电极3a-3e中至少一个电极的内直径可与其它电极中至少一些电极的内直径不同。这允许对光学元件1的变形的更精确的控制。
下面，参照图4-8描述有利的制造过程。在这一过程中，在共用的晶片上同时制造多个电活性透镜。共用的晶片可以是预先成形的，例如，包括固定的结构，例如，刚性透镜，以与光学元件2结合。
该过程从基板7开始(步骤a、图4)，基板7最初具有远大于单个透镜的尺寸。多个相邻的透镜的最底层的电极3e沉积在基板上。可使用任何合适的方法(例如，溅射，然后，掩模和刻蚀)来制造这些电极，只要该方法与电极材料和基板兼容即可。
现在(步骤b、图5)，在基板7之上施加电活性材料5的层5a。例如，层5a可具有10μm的厚度。
在下一步骤中(步骤c、图6)，在电活性材料层5a之上施加多个第二电极，即电极3d。电极3d与电极3e配准，其中每一个电极3e对应于一个电极3d。
然后，重复步骤b，即，如图6中所示施加另一个电活性材料层5b，随之，重复步骤c等，直到如图7中所示制造足够高度的、具有多个堆叠的电极对的堆叠结构。
完成图7的层结构后，将已经预先制备的且例如施加到共用的载体(未示出)上的壁4a、4b从上面推进该层结构里。由于层5a、5b......是软材料的，所以如图8中所示，壁4a、4b进入这些层，随之，可去除壁的共用的载体(未示出)。壁4a、4b被定位为使得它们接触电极3a-3e。为了这一目的，在图7以及图1和2中可最好地看出，电极3a-3e设置有在远离透镜中心的方向上横向延伸的引线9a-9e，以提供与各自的壁部分4a或4b的接触。
最后，如在图8中所示，通过在相邻透镜的壁之间(例如沿线10)切断，将上述步骤的产品分离为多个电活性透镜。可替换地，如果基板7足够软，透镜的分离也可以例如不仅通过电活性材料层5a、5b......，而且通过基板7推动壁4a、4b来实现。在另一可替换的方法中，也可以首先切断如在图7中所示的产品，随之，分别对每个透镜施加壁4a，4b或用于提供与电极3a-3e的接触的其它装置。
在上面的步骤b中，例如，下面的方法可用于施加电活性材料层5a、5b......：
●旋涂，随后，硬化
●喷涂，随后，硬化
●印刷(例如丝网印刷)
●化学气相沉积，特别是PECVD(等离子体增强化学气相沉积)
●预先制造材料层并将它们施加到基板，有利地，将它们粘接到基板上-在这种情况下，为了减小层的厚度，可选地，在施加之前对这些层进行非弹性的拉伸。
例如，下面的材料可用于电活性材料和用于光学元件：
●凝胶(Liteway的光凝胶OG-1001)
●聚合物(例如Dow Corning的PDMS Sylgard 186、NeukasilRTV 25)
●丙烯酸材料(例如3M公司的VHB 4910)
●弹性体
在上面的步骤c中，例如，下面的方法可用于施加柔性电极3a-3d、且可选地施3e：
●离子注入(参见“Mechanical properties of electroactivepolymer microactuators with ion-implanted electrodes”，Proc.SPIE，Vol.6524，652410(2007)；)
●PVD、CVD
●蒸发
●溅射
●印刷，特别是接触印刷、喷墨印刷、激光印刷和丝网印刷
●场引导的自组装(例如，参见“Local surface charges directthe deposition of carbon nanotubes and fullerenes intonanoscale patterns”，L.Seemann，A.Stemmer，and N.Naujoks，Nano Letters 7，10，3007-3012，2007)
●刷涂(Brushing)
●电极电镀(Electrode plating)
可选地，光学元件1可被构造为在松弛和/或变形的状态中具有所需的形状。下面参照图9和10描述这种透镜的例子。例如，合适的透镜形状(在松弛状态中)可以是：
●球面透镜(凸状或凹状)
●非球面透镜(凸状或凹状)
●平坦的
●方形、三角形、线形或锥形
●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)可被集成进入光学元件1和含有聚合物层的柔性电极的通光孔径中
例如，下面的任何方法可应用于透镜的成形中：
a)浇铸，特别是注射塑模
b)纳米压印，例如，通过热压花纳米尺寸的结构
c)刻蚀(例如化学或等离子体)
d)溅射
e)热压花
f)软平板印刷(即，将聚合物浇铸到预先成形的基板上)
g)化学自组装(例如参见“Surface tension-powered self-assembly of microstructures-the state-of-the-art”，R.R.A.Syms，E.M.Yeatman，V.M.Bright，G.M.Whitesides，Journal of Microelectromechanical Systems 12(4)，2003，pp.387-417)
h)电磁场引导的图案形成(例如参见“Electro-magneticfield guided pattern forming”，L.Seemann，A.Stemmer，and N.Naujoks，Nano Lett.，7(10)，3007-3012，2007.10.1021/nl0713373.)
对于普通技术人员来说显而易见的是，上述方法中的一些与参照图4-8描述的制造过程直接兼容，例如，方法c)和d)可发生在图7中所示的产品上。一些其它的方法需要附加的步骤。例如，在共用的载体上的凸透镜阵列可通过方法a)、b)或e)-k)制造，然后被施加在图7的产品的顶面上。
可以将若干个上述类型的电活性透镜组合，以形成多透镜组件。
在图9中示出这种组件的例子，其中两个电活性透镜11a、11b安装在共用的固体透明基板7的相反侧。从图的左侧部分可以看出，在没有施加的电压的情况下，透镜11a具有平坦的表面，而透镜11b是凹状的。当透镜11a可如图4-8中所示的那样制造时，例如，随后通过上面的方法c)或d)构造透镜11b的光学元件。
当施加小的电压时，如图的中心部分中所示，透镜11a变为凸状而透镜11b保持凹状，尽管具有更小的曲率。最后，如图9的右侧部分中所示，当电压足够大时，透镜11a、11b都变为凸状。
本透镜也可以被结合成更复杂的结构。在图10中示出这种组件的例子。
图10的组件包括堆叠的四个电活性透镜11a、11b、11c、11d和四个刚性透镜12a、12b、12c、12d。壁4a、4b和附加的分隔件元件13a、13b用于使透镜相互之间保持正确的距离。在图10的例子中，每一个电活性透镜11a-11d被附接于基板7的一侧，刚性透镜12a-12d布置在同一基板的相对侧。
在图10的实施例中，每一个刚性透镜被附接于基板7。然而，一个或多个刚性透镜也可以独立于基板进行安装。
在没有电场的情况下，电活性透镜11a、11b、11c、11d的形状可使用上述的构造方法来限定。
球面透镜
对于很多应用，透镜应该为球面的。为了产生具有图1-10中示出的设计的近似球面的透镜，电活性元件2和光学元件1的总厚度应该相当大。否则，特别是，如果将电活性层粘接至基板7，则在施加电压下的变形在接近电极处较强，但在透镜中间较弱。
另一方面，如果光学元件1和电活性元件2的总厚度大，则使用图4-8的制造过程需要相当大量的独立层5a、5b......，这使得制造过程变昂贵。
由于这样的原因，使用图14中所示的设计是有利的，其中电极3a-3e通过弹性缓冲层30与基板7分离。布置在位于一侧的基板7和位于另一侧的电活性元件2和光学元件1之间的缓冲层30允许光学元件1的材料更为自由地位移，特别是在水平方向上，即缓冲层30将光学元件1与刚性基板7的机械约束隔离。所以，有利地，缓冲层30是比较软的材料，即，缓冲层30的杨氏模量应当小于或等于光学元件1的杨氏模量。
缓冲层30可完全被附接于基板7和光学元件1，由此当将电压施加到电极时，在不约束光学元件1的运动的情况下连接二者。
在图15中示出改进球面透镜的表面形状(即，使其更接近理想的球面透镜)的另一措施。在图15的实施例中，盖层31已经被附接于光学元件1的顶侧，即与基板7相反的一侧。盖层31比光学元件1更硬，即盖层31的杨氏模量大于光学元件1的杨氏模量。特别地，对于高质量透镜，该杨氏模量应该为光学元件1的杨氏模量的大约60倍。如果层厚度更薄，杨氏模量需增加以产生良好的光学质量。
图14和15的方法可如图16中所示的那样进行结合，其中光学装置包括缓冲层30和盖层31。
对于缓冲层30和盖层31合适的材料例如是PDMS、丙烯酸树脂或聚氨基甲酸酯。缓冲层典型地具有200kPa或更少的范围内的杨氏模量，且盖层具有10MPa或更多的杨氏模量。对于电活性材料和透镜元件，这些材料有利地与弹性体、丙烯酸树脂和聚氨基甲酸酯相结合。
束偏转器
上述的技术不仅可应用于透镜，还可以应用于各种其它电活性光学装置，例如束偏转器或抗抖动装置。
图12和13中示出束偏转器或反射镜的例子。其与图1-3的装置具有基本相同的结构设置，但是，电极3a和3c均被分离为两个电极部分3a’和3a”以及3c’和3c”，每一部分绕光学元件1的近似180°延伸。因此，壁已被分离为三个部分4a、4b、4c，其中，部分4a连接至电极部分3a’和3c’，部分4b连接至电极部分3a”和3c”，且部分4c连接至电极部分3b和3d。可以将电压V1施加到部分4a和4c之间，且可以将电压V2施加到部分4b和4c之间。
如果V1＝V2＝0，则如图13的左手部分中所示，光学元件1的表面是平坦的且是水平的。如果V1≠0且V2＝0，则光学元件的表面是基本上倾斜于一侧的，然而，如果V1＝0且V2≠0，则光学元件的表面是基本上倾斜于相反侧的。
这种类型的装置在透射状态或反射状态中可用于束偏转器。
如果该装置在透射状态中工作，如箭头21所示，通过光学元件1延伸的光束根据V1和V2可向左或向右偏转。
如果该装置在反射状态中工作，可为光学元件1的至少一个表面提供镜元件，例如反射涂层25或刚性反射镜片，且如虚箭头22所示，光束可向右或向左偏转。
如前提到的，镜元件可例如为固定到表面20的镜片，或可为涂层，例如Galinstan的液体金属涂层。
图12示出圆形的束偏转器。然而，形状可例如为长方形，其中，电极3a’和3a”布置在长方形的相反侧。
其它类型的装置：
上述的技术仍可应用到其它类型的装置，例如光学相位延迟器(使用如WO2007/090843中描述的技术)
此外，该装置可与其它的光学元件(例如，平面或曲面镜、光栅或全息图)相结合。
进一步的注释：
在上面的实施例中，环形部分4a、4b和4c已用于接触电极。然而，必须注意，也可以使用不同的接触方法。例如，可将金属的针状结构刺穿引线9a、9b、9c以提供共用的接触。可替换地，在逐层的工艺期间可将填充有导电材料的导电通孔集成到电活性材料叠堆中。这一接触方法允许电极3a-3e从电活性材料叠堆的一侧接触。
另外，在图1-3的例子中，通常向电极3a、3c、3e施加第一电势，而向电极3b、3d施加第二电势。为了更精确地控制电活性元件2的变形，也可向电极的一部分或全部施加单独的电势。
在一个特别有利的实施例中，可向光学元件1的一个表面或者两个表面提供抗反射涂层。该层可包括：
●“纳米结构”，形成在光学元件1本身的材料中或在分开的涂层材料中。该结构具有刚好低于光波长的尺寸，例如尺寸＜400nm。例如，它们可通过刻蚀、塑模、浇铸或压花的方式来施加。
●抗反射薄涂层
在进一步有利的实施例中，光学元件1在其变形状态下的形状可受光学元件的局部地硬化或软化部分(例如UV固化或化学处理)的影响。图13中示出了这一实施例的例子，其中，加影线部分表示表面20之下的刚性元件26，该元件26已通过局部硬化制造，且在向该装置施加电压时提供表面20的改进的平整度。刚性元件也可用与光学元件的其余部分不同的材料制造，且例如通过嵌入或安装到其表面来添加至光学元件。当将电压施加到电极时刚性元件的位置改变。
在更为通用的术语中，光学元件1的材料可具有不均匀的硬度，特别是可包括不均匀地聚合的聚合物。
此外，光学元件1可以为两种或更多种材料的组件，例如，为了校正色差，通过使用两种具有不同光色散的材料，将它们合适地结合在一起。
另外，光学元件1可例如通过以下来进一步构造：
●微结构，例如衍射结构或全息结构
●可变形的涂层，例如反射的或抗反射的涂层(如上所提到的)或吸收的涂层
一些应用：
电活性光学装置可用于大量的应用，例如：
●照相机(变焦或自动聚焦)，例如在移动电话、数字SLR照相机、车辆中的照相机、监视系统中
●用于卷轴机(beamers)和移动电话投影器中的大型和纳米投影器的投影器的光学部分
●包括激光切割或焊接的工业应用
●显微镜、放大镜
●视力矫正(在人眼中植入透镜)
●内窥镜
●放大镜
●视觉系统，例如任意类型的照相机
●量子计算的研究应用
●电信应用(振幅调制)
●激光应用，例如偏转激光束
●望远镜
●显示器
尽管示出和描述了本发明的目前优选的实施例，但是将会清楚地理解，本发明不限于这些实施例，且可以在下述权利要求的范围内进行各种实施和实践。
Claims (26)
1.一种电活性光学装置，包括：
固体基板（7），
弹性光学元件（1），
电活性元件（2），与所述弹性光学元件（1）横向相邻地布置，且包括由两个电极（3a-3e）形成的至少一个电极对，其中弹性电活性材料（5）布置在所述电极对之间，
其中，当将电压施加到所述至少一个电极对之上时，所述电极之间的轴向距离改变，由此改变与所述电极对相邻的所述弹性光学元件中的第一区域的体积，从而使位于所述弹性光学元件（1）的所述第一区域和第二区域之间的所述弹性光学元件（1）中的材料发生径向位移，其中所述区域中的一个在轴向方向上弹性地膨胀，而另一个在轴向方向上弹性地收缩，由此使得所述弹性光学元件（1）进入变形状态，然而，当在所述至少一个电极对之上没有电压的情况下，所述弹性光学元件（1）处于弹性松弛的状态，
其中，所述电活性元件（2）包括相互堆叠的多个电极对，在所述多个电极对之间具有多个间隙，并且，其中所述间隙被所述弹性电活性材料（5）填充，
其中，电活性光学装置还包括布置在所述固体基板（7）与所述电活性元件（2）和所述弹性光学元件（1）之间的缓冲层（30），其中所述缓冲层（30）的杨氏模量小于或等于所述弹性光学元件（1）的杨氏模量，并且
其中，所述电活性光学装置还包括被附接到所述弹性光学元件（1）的盖层（31），其中所述盖层（31）的杨氏模量大于所述弹性光学元件（1）的杨氏模量。
2.如权利要求1所述的电活性光学装置，其中弹性光学元件（1）是固体或凝胶。
3.如任一前述权利要求所述的电活性光学装置，其中所述电活性元件（2）包括或包含选自包括聚合物、丙烯酸材料和弹性体的组中的材料。
4.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中弹性光学元件（1）是与弹性电活性材料（5）相同的材料。
5.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中弹性光学元件（1）是与弹性电活性材料（5）不同的材料。
6.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述电活性元件（2）环绕所述弹性光学元件（1）。
7.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述弹性光学元件（1）布置在所述电活性元件（2）的第一侧，且其中所述电活性光学装置在所述电活性元件（2）的第二侧还包括固体壁（4a，4b），其中所述第二侧与所述第一侧相对。
8.如权利要求7所述的电活性光学装置，其中所述电极（3a-3e）中的每一个与所述固体壁的至少两个不同部分（4a，4b）中的一个电连接。
9.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述电活性元件（2）包括至少一个电极和连接至可变形引线的刚性电极，所述至少一个电极由选自包括碳纳米管、碳黑、碳脂、金属离子、液体金属、金属粉、导电性聚合物的组中的至少一种材料制成。
10.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述缓冲层（30）被附接于所述固体基板（7）。
11.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述盖层（31）被附接于所述弹性光学元件（1）的与所述固体基板（7）相反的一侧。
12.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中相邻电极（3a-3e）之间的距离小于250μm。
13.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中电极（3a-3e）中的至少一个的内直径不同于其它电极中的至少一些电极的内直径。
14.如权利要求13所述的电活性光学装置，其中最接近所述电活性光学装置的顶表面的电极（3a）具有比下一个较低的电极（3b）大的内直径，其中顶表面是在施加电压时变形的表面。
15.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，在所述弹性光学元件（1）的至少一个表面上还包括镜元件（25）。
16.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，在弹性光学元件中还包括刚性元件（26）。
17.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，在所述弹性光学元件的至少一个表面上还包括抗反射层。
18.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述弹性光学元件（1）具有不均匀的硬度。
19.如权利要求18所述的电活性光学装置，其中所述弹性光学元件包括不均匀地聚合的聚合物。
20.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中在将电压施加到所述至少一个电极对之上时，所述弹性电活性材料（5）被压缩且将横向的压力施加到所述弹性光学元件（1）上，由此使所述弹性光学元件（1）进入所述变形状态。
21.如权利要求1或2所述的电活性光学装置，其中所述弹性电活性材料是这样的：当将电压施加到所述至少一个电极对之上时，所述电极之间的轴向距离减小，由此压缩所述第一区域，从而使所述弹性光学元件（1）中的材料沿着离开所述第一区域而进入所述第二区域的方向发生径向位移。
22.一种由堆叠的至少两个根据任一前述权利要求所述的电活性光学装置（11a，11b……）构成的组件。
23.如权利要求22所述的组件，其中所述电活性光学装置（11a，11b……）安装在共用的固体基板（7）的相对侧。
24.一种任一前述权利要求的电活性光学装置的制造方法，包括以下步骤：
a)提供多个第一电极（3e），
b)将弹性电活性材料层（5a）施加到所述第一电极（3e）之上，
c)将多个第二电极（3d）施加到所述弹性电活性材料层（5a）之上，其中每一个第二电极（3d）对应于一个第一电极（3e），
d)重复所述步骤b)和c)，以便形成堆叠的多个电极对，以及
e)将所述步骤a)、b)、c)和d)得到的产品分离为多个所述电活性光学装置。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述步骤b）包括通过选自包括旋涂、喷涂、印刷、施加预先制备的材料层、化学气相沉积、和等离子体增强化学气相沉积的组中的方法来施加所述电活性材料层（5a）。
26.如权利要求24或25所述的方法，其中为了接触电极（3a-3e），固体壁（4a，4b）被插入所述弹性电活性材料层（5a，5b……）。
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