[发明专利]电活性光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及可调整光学装置，特别地涉及一种电活性光加扰器，用于操作和制造这种装置的方法、以及这种装置在光加扰或透镜定位方面的使用。

背景技术

电活性光学装置是使用电活性效应的光学装置。

术语“电活性效应”描述电场诱导的固体或液体的变形。在电场中由于电极之间的库仑力和/或由于电离子和/或多极子(特别地，偶极子)的重新排列能够导致所述变形。电活性材料的例子是：电介质弹性体、电致伸缩弛豫铁电聚合物、压电聚合物(PVDF)、液晶弹性体(热)、离子聚合物金属复合材料和机械化学聚合物/凝胶。

已知多种光学光加扰器。

例如，为了抑制散斑噪声(speckle noise)，使用激光的JP 07-297111-A的曝光照明设备在它的光学系统中包括能够旋转的扩散板(diffuser plate)，从而扩散板可以把相干光转换成非相干光。

此外，使用激光的JP 06-208089的投影显示设备在它的光学系统中包括可移动扩散板(该扩散板能够旋转和/或振动等)，从而扩散板可以把相干光转换成非相干光。

例如，WO 2006/098281(US 2008/198334)描述了：反射器元件，该反射器元件反射准直相干光并且能够平行于与所述反射器元件的反射器表面正交的方向振动；和反射器元件驱动单元，该反射器元件驱动单元在振动运动中驱动该反射器元件。这种装置包括制造过程复杂而昂贵的元件驱动单元和需要比透射光学光加扰器更复杂的光学设计的反射器元件。

WO 2007/072411描述了一种电活性照相机光阑，其中通过施加的电场收缩或扩展光圈。光圈由该装置的软的非透明的电极形成。该文献描述了这样一种装置：在该装置中，透镜或环沿相对于聚合物膜的平面的横向方向移动。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的光学装置，特别地是光加扰器。这个目的通过权利要求1的光学装置实现。

为此，根据本发明的光学装置包括：

优选地预拉伸的聚合物膜，布置在平面中并且包括第一表面和第二表面，

第一电极，位于所述第一表面上，

第二电极，位于所述第二表面上，以及

刚性光学元件，连接到聚合物膜的所述第一表面和/或第二表面。

把电压施加于电极使光学元件基本上沿着聚合物膜的平面移位。换句话说，该装置构造为：使得当在第一和第二电极之间施加电压差时，电极之间的轴向距离由于库仑力(麦克斯韦应力)而改变，即它增加或减小，从而导致聚合物膜沿平面方向(即，沿平行于聚合物膜的方向)改变尺寸。这种平面变形被传递到具有刚性光学元件的区域，引起该刚性光学元件的横向移位，即沿平行于聚合物膜的方向的移位，从而导致该装置的光学特性的改变。

由于光学元件直接与电活性聚合物膜接触，所以该装置具有小尺寸。另外，由于库仑力能够引起聚合物膜的较大横向变形，所以能够以低频实现例如用于光加扰的光学元件的移位，由此防止可听范围中的致动频率(actuation frequency)并且保证无噪声操作。

由于聚合物膜的平面伸长取决于在电极之间施加的电压差，所以能够容易地控制光学元件的移位。

特别地，该光学元件是光学扩散器，折射、反射或衍射结构。

通过改变刚性光学元件的横向位置，该光学装置能够因此用于光加扰或用于任何其它光操作。

在有利的实施例中，光学元件由塑料制成，特别地由聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲脂或聚碳酸酯)或玻璃制成。这些材料具有导致光学质量和抵抗聚合物的变形的能力之间的良好折衷的特性。根据所期望的应用，光学元件还能够例如由结晶体材料(特别地，单晶体)制成。

有利地，聚合物膜具有大于100nm和/或小于1mm的厚度。低于100nm的厚度使得难以制造该装置，而高于1mm的厚度对于给定移位需要把大电压施加于电极。

在有利的实施例中，聚合物膜由聚合物(例如，Dow Corning的PDMS Sylgard 186或Litway的Optical Gel OG-1001)或丙烯酸电介质弹性体制成。这些材料允许实质的变形，从而光学元件能够被移位较大距离。

在非常紧凑的实施例中，第一和第二电极与所述光学元件横向地相邻和/或与周围的保持框架相隔距离d＞0。

在可替换的实施例中，第一和第二电极与光学元件和周围的保持框架相隔横向距离d＞0。这种设计具有这样的优点：它减小了聚合物膜中的机械应力。