DE102004011026A1 - Adaptive optical element with a polymer actuator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein adaptives, optisches Element, welches z. B. als Bikonvexlinse ausgeführt sein kann. Das Element wird durch einen Polymeraktor (11), bestehend aus einer elektroaktiven Polymerlage (12) und Schichtelektroden (14a, 14b), gebildet. Durch Beaufschlagung der Schichtelektroden (14a, 14b) mit unterschiedlichen Spannungen (U¶1¶, U¶2¶, U¶3¶) kann erfindungsgemäß ein Gradient in der Feldstärke des die Verformung der Polymerlage (12) beeinflussenden elektrischen Feldes erzeugt werden, wodurch nahezu beliebige Verformungszustände wie z. B. die dargestellte Bikonvexlinse erzeugt werden können. Ein Gradient in der Feldstärke lässt sich alternativ auch dadurch erzeugen, dass die Polymerlage (12) bereits im unverformten Zustand eine lokal sich verändernde Dicke aufweist.The invention relates to an adaptive optical element, which z. B. can be designed as a biconvex lens. The element is formed by a polymer actuator (11) consisting of an electroactive polymer layer (12) and layer electrodes (14a, 14b). By applying the layer electrodes (14a, 14b) with different voltages (U¶1¶, U¶2¶, U¶3¶), a gradient in the field strength of the electric field influencing the deformation of the polymer layer (12) can be generated according to the invention almost any deformation conditions such. B. the illustrated biconvex lens can be generated. A gradient in the field strength can alternatively also be produced by the fact that the polymer layer (12) already has a locally varying thickness in the undeformed state.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein adaptives optisches Element, aufweisend einen Polymeraktor mit mindestens einer insbesondere elektroaktiven Polymerlage, an die sich beidseitig jeweils eine Elektrodenlage anschließt.The The invention relates to an adaptive optical element comprising a polymer actuator having at least one in particular electroactive polymer layer, on each of which an electrode layer adjoins on both sides.

Ein adaptives optisches Element wird beispielsweise von Ron Pelrine u. a. in „Smart structures and materials 2001" herausgegeben durch Proceedings of SPIE, Vol 4329 (2001), Seiten 335 bis 349 beschrieben. Dieser Veröffentlichung gemäß kann eine adaptive Optik durch Membranaktoren erzeugt werden, bei denen die Membran als elektroaktives Polymer ausgeführt ist. Wird über an die sich beidseitig an die elektroaktive Polymerlage anschließenden Elektrodenlagen ein elektrisches Feld in der Polymerlage aufgebaut, so ist die Membran bestrebt, ihre Fläche zu vergrößern. Durch eine ringförmige Einspannung der Membran kann erreicht werden, dass die Flächenvergrößerung der Polymerlage in eine Durchbiegung derselben umgewandelt wird, so dass hierdurch ein durch die Membran geleiteter optischer Strahlengang beeinflusst wird. Zu diesem Zweck müssen die Polymerlage sowie die Elektrodenlagen transparent für das durchzuleitende Licht ausgeführt sein. Als transparente Elektrodenmaterialien können beispielsweise Graphitgele, Elektrolytgele oder auch dünne Metallschichten zum Einsatz kommen.One The adaptive optical element is exemplified by Ron Pelrine u. a. in "Smart Structures and Materials 2001 " by Proceedings of SPIE, Vol 4329 (2001), pages 335 to 349. This publication According to a can adaptive optics are produced by membrane actuators in which the Membrane is designed as an electroactive polymer. Will over to the on both sides of the electroactive polymer layer subsequent electrode layers built up an electric field in the polymer layer, so is the membrane striving for their area to enlarge. By an annular Tightening of the membrane can be achieved that the surface enlargement of the Polymer layer is transformed into a deflection of the same, so that thereby an optical beam path guided through the membrane being affected. For this purpose, the polymer layer as well the electrode layers transparent to the transmitted light be executed. As transparent electrode materials, for example graphite gels, Electrolyte gels or thin ones Metal layers are used.

Als Polymerlage für den Polymeraktor können Elastomere wie z. B. Silikon verwendet werden. Hierdurch lässt sich ein elektrostatischer Elastomeraktor erzeugen, bei dem die Verformung der Polymerlage aufgrund der gegenseitigen Anziehung der Elektrodenlagen bei Vorliegen eines elektrischen Feldes erfolgt. Die Polymerlage kann jedoch auch aus einem elektroaktiven Polymer wie z. B. PMMA (Polymethyl Methacrylate) bestehen. Bei elektroaktiven Polymeren wird die Verformung aufgrund der Anziehung der Elektrodenlagen zusätzlich durch eine aktive Verformung des elektroaktiven Polymers im elektrischen Feld unterstützt. Weitere Materialien für die Polymerlage können durch Mischungen der genannten Materialien untereinander oder mit anderen Materialien erhalten werden.When Polymer layer for the polymer actuator can Elastomers such. As silicone can be used. This is possible produce an electrostatic elastomer actuator, wherein the deformation the polymer layer due to the mutual attraction of the electrode layers occurs in the presence of an electric field. The polymer layer However, it can also be made of an electroactive polymer such. PMMA (Polymethyl methacrylates) exist. For electroactive polymers the deformation is additionally due to the attraction of the electrode layers an active deformation of the electroactive polymer in the electrical Field supported. Other materials for the polymer layer can by mixtures of said materials with each other or with other materials are obtained.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein adaptives optisches Element mit einem Polymeraktor anzugeben, mit dem das optische Element adaptiv an vergleichsweise viele optische Anwendungsfälle angepasst werden kann.The The object of the invention is an adaptive optical element with a polymer actuator, with which the optical element adaptively comparatively many optical applications can be adapted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der Elektrodenlagen in Schichtelektroden aufgeteilt ist, derart, dass mittels der Schichtelektroden ein elektrisches Feld mit lokal sich verändernder Feldstärke erzeugbar ist. Die Aufteilung der Elektrodenlagen in Schichtelektroden kann durch eine geeignete Strukturierung der Elektrodenlage erfolgen. Z. B. kann bei einer Bedampfung der Polymerlage mit einem Metall vor diesem Beschichtungsvorgang eine Maskierung der Polymerlage vorgenommen werden. Die einzelnen Schichtelektroden sind vorteilhaft dazu geeignet, beispielsweise durch Anlagen unterschiedlicher Spannungen einen Feldstärkegradienten in dem in der Polymerlage gebildeten elektrischen Feld zu erzeugen. Hierdurch kann der Grad der Verformung der Polymerlage, welcher von dem elektrischen Feld direkt abhängig ist, lokal beeinflusst werden, so dass sich die Gestalt des Polymeraktors gezielt ändern lässt. Beispielsweise könnte durch asymmetrische Verformung eines Sta pelaktors ein Prisma mit variablem Winkel der Prismenflächen geschaffen werden.These Task is inventively characterized solved, that at least one of the electrode layers is divided into layer electrodes is such that by means of the layer electrodes an electric Field with locally changing field strength can be generated. The division of the electrode layers into layer electrodes can be done by a suitable structuring of the electrode layer. For example, in a vapor deposition of the polymer layer with a metal before this coating process, a masking of the polymer layer be made. The individual layer electrodes are advantageous suitable, for example, by systems of different voltages a field strength gradient in the electric field formed in the polymer layer. hereby the degree of deformation of the polymer layer, which of the electrical Field directly dependent is to be influenced locally, so that the shape of the polymer actuator change specifically leaves. For example could by asymmetric deformation of a Sta pelaktors a prism with variable angle of the prism surfaces be created.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zur selben Elektrodenlage gehörenden Schichtelektroden elektrisch in Reihe geschaltet sind. Durch die Reihenschaltung der Schichtelektroden kann in Richtung der Reihenschaltung in den Schichtelektroden ein vom elektrischen Widerstand der Schichtelektroden und den dazwischenliegenden Verbindungen abhängiger Spannungsabfall erzeugt werden, so dass vorteilhaft auch die durch die Schichtelektroden erzeugten elektrischen Einzelfelder in ihrer Feldstärke abnehmen. Durch eine geeignete geometrische Aufteilung der betreffenden Elektrodenlage in Schichtelektroden lässt sich damit eine Feldstärkenverteilung des auf die Polymerlage wirkenden elektrischen Gesamtfeldes erzeugen, die an den Anwendungsfall des adaptiven optischen Elementes angepasst sein kann.According to one Embodiment of the invention is provided that the same Electrode layer belonging Layer electrodes are electrically connected in series. By the Series connection of the layer electrodes can in the direction of series connection in the layer electrodes on the electrical resistance of the layer electrodes and the intervening connections dependent voltage drop generated be, so that advantageously also through the layer electrodes lose electrical field generated in their field strength. By a suitable geometric distribution of the relevant electrode layer leaves in layer electrodes thus a field strength distribution of the total electric field acting on the polymer layer, adapted to the application of the adaptive optical element can be.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Schichtelektroden unabhängig voneinander kontaktierbar sind. Damit kann vorteilhafterweise an jede der Schichtelektroden ein anderes Potential angelegt werden, wodurch sich das adaptive optische Element optimal an die Anforderungen des Anwendungsfalles anpassen lässt. Insbesondere können durch einen Kalibriervorgang Fertigungsungenauigkeiten aus der Herstellung des Polymeraktors dadurch ausgeglichen werden, dass ein Kalibrierungspotential an der Schichtelektrode gerade zum Ausgleich der durch die Fertigungsungenauigkeiten bewirkten geometrischen Abweichungen vom Sollwert führt.According to one Another embodiment of the invention is provided that at least a portion of the layer electrodes independently contactable are. This can advantageously to each of the layer electrodes another potential can be applied, resulting in the adaptive optimally adapt the optical element to the requirements of the application leaves. In particular, you can by a calibration process manufacturing inaccuracies from the production of the polymer actuator are compensated by a calibration potential at the layer electrode just to compensate for the manufacturing inaccuracies caused geometric deviations from the setpoint.

Für bestimmte Anwendungsfälle ist es besonders vorteilhaft, wenn die zur selben Elektrodenlage gehörenden Schichtelektro den auf konzentrischen Ringen angeordnet sind. Dabei können die Schichtelektroden beispielsweise jeweils Ringe bilden, die auf den konzentrischen Kreisen liegen. Diese Ringe können jedoch ihrerseits wiederum in Ringsegmente aufgeteilt werden. Mit einer zentralsymmetrischen Anordnung der Schichtelektroden auf konzentrischen Kreisringen lässt sich beispielsweise das optische Element vorteilhaft als Linse verwenden, wobei der Polymeraktor dann transparent ausgeführt sein muss. Mittels der Schichtelektroden lässt sich die Linsenkrümmung direkt beeinflussen, so dass abhängig vom angelegten Potential die Brennweite der Linse stufenlos einstellbar ist. Weiterhin lassen sich optische Abbildungsfehler korrigieren (z. B. Astigmatismus).For certain applications, it is particularly advantageous if the layer electrodes belonging to the same electrode layer are arranged on concentric rings. The layer electrodes may, for example, each form rings which lie on the concentric circles. The However, these rings can in turn be divided into ring segments. With a centrally symmetrical arrangement of the layer electrodes on concentric circular rings, for example, the optical element can advantageously be used as a lens, wherein the polymer actuator must then be made transparent. By means of the layer electrodes, the lens curvature can be influenced directly, so that the focal length of the lens is infinitely adjustable depending on the applied potential. Furthermore, optical aberrations can be corrected (eg astigmatism).

Eine alternative Lösung der oben genannten Aufgabe sieht vor, dass die Polymerlage eine lokal sich verändernde Dicke aufweist, derart, dass mittels der Elektrodenlage ein elektrisches Feld mit lokal sich verändernder Feldstärke erzeugbar ist. Durch die Herstellung der Polymerlage mit lokal sich verändernder Dicke wird vorteilhaft erreicht, dass auch bei einer Anordnung der Elektrodenlagen ohne Aufteilung in einzelne Schichtelektroden ein elektrisches Feld mit lokal sich verändernder Feldstärke in der Polymerlage erzeugt wird, da der Abstand der sich beidseits der Polymerlage befindenden Elektrodenlagen abhängig von der Polymerlagendicke verringert oder vergrößert. Je geringer nämlich der Abstand zwischen den Elektrodenlagen wird, desto stärker ist das zwischen den Elektrodenlagen befindliche elektrische Feld bei jeweils gleichem an den Elektrodenlagen anliegenden Potential. Damit lässt sich beispielsweise bei einer linsenförmig gekrümmten Polymerlage durch Variation des an den Elektrodenlagen anliegenden Potentials die Linsenkrümmung verstärken oder abschwächen.A alternative solution the above object provides that the polymer layer a locally changing Has thickness, such that by means of the electrode layer, an electric Field with locally changing field strength can be generated. By making the polymer layer with locally itself changing Thickness is advantageously achieved that even with an arrangement of Electrode layers without division into individual layer electrodes electric field with locally changing field strength in the Polymer layer is generated, since the distance of both sides of the Polymer layer located electrode layers depending on the polymer layer thickness reduced or enlarged. ever lower namely the distance between the electrode layers becomes the stronger the electric field located between the electrode layers in each case the same potential applied to the electrode layers. In order to let yourself for example, in a lenticular shape curved Polymer layer by variation of the voltage applied to the electrode layers Potentials the lens curvature reinforce or weaken.

Gemäß einer Ausgestaltung beider alternativen Erfindungslösungen ist vorgesehen, dass der Polymeraktor auf einer starren, ebenen Unterlage wie z. B. einer Glasplatte montiert ist. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine Seite des Polymerakors mit hoher Präzision herstellen, wobei die Unterlage das optische Element gleichzeitig stabilisiert. Durch Anlegen eines Potentials an die Elektrodenlagen bzw. Schichtelektroden kann dann beispielsweise die Krümmung der freien Fläche der Polymerlage beeinflusst werden, wobei durch die ebene Bezugsfläche auf der anderen Seite des Polymeraktors die für optische Elemente geforderte Präzision erreicht wird.According to one Embodiment of both alternative invention solutions is provided that the polymer actuator on a rigid, flat surface such. B. one Glass plate is mounted. This can be advantageously a page of the Polymerakor with high precision manufacture, wherein the pad the optical element simultaneously stabilized. By applying a potential to the electrode layers or layer electrodes can then, for example, the curvature of the free area be influenced by the polymer layer, wherein by the flat reference surface the other side of the polymer actuator required for optical elements precision is reached.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Polymeraktor eine kreisförmige Grundfläche aufweist. Hierdurch ist dieser besonders für optische Elemente mit zentralsymmetrischer Geometrie geeignet. Alternativ könnte der Polymeraktor selbstverständlich auch andere Grundflächen aufweisen, wenn die zugehörigen optischen Elemente beispielsweise zylindrische oder linienhafte Geometrien aufweisen sollen.Farther it is advantageous if the polymer actuator has a circular base area. hereby this one is especially for optical elements with centrally symmetric geometry suitable. alternative could the polymer actuator, of course, too other surfaces have, if the associated optical elements, for example, cylindrical or linear Should have geometries.

Außerdem besteht vorteilhaft die Möglichkeit, dass auf den Polymeraktor eine Reflektionsschicht aufgebracht ist. Hierdurch wird als optisches Element ein Spiegel erhalten, wobei die Gestaltänderung des Polymeraktors zur Beeinflussung der Spiegelkrümmung verwendet werden kann.There is also advantageous the possibility in that a reflection layer is applied to the polymer actuator. As a result, a mirror is obtained as an optical element, wherein the shape change the polymer actuator used to influence the mirror curvature can be.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing described. Show here

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elementes als Sammellinse im schematischen Schnitt, 1 An embodiment of the optical element according to the invention as a converging lens in schematic section,

2 ein Ausführungsbeispiel des optischen Elementes geschnitten in einer perspektivischen Darstellung, 2 an embodiment of the optical element cut in a perspective view,

3 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Elementes als Linsen in der Seitenansicht, 3 to 5 different embodiments of the optical element according to the invention as lenses in the side view,

6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elementes als Hohlspiegel im Schnitt und 6 an embodiment of the optical element according to the invention as a concave mirror in section and

7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elementes als Prisma von der Seite. 7 An embodiment of the optical element according to the invention as a prism from the side.

Ein adaptives optisches Element gemäß 1 besteht aus einem Polymeraktor 11, der aus einer transparenten Polymerlage 12 und aus beidseitig auf diese Polymerlage 12 aufgebrachten transparenten Elektrodenlagen 13a, 13b gebildet ist. Die Elektrodenlagen selbst müssen elastisch sein, um eine spannungsarme Verformung der Polymerlage zu ermöglichen. Als Elektrodenmaterial kommen beispielsweise leitfähige Polymere infrage. Die Elektrodenlagen sind durch geeignete Strukturierung in elektrisch voneinander isolierte Schichtelektroden 14a, 14b aufgeteilt. Die Schichtelektroden sind, wie in 1 angedeutet, unabhängig voneinander kontaktierbar. Durch Anlegen der Spannungen U1, U2 und U3 mit der Bedingung U1 < U2 < U3 lässt sich der Polymeraktor aus der strichpunktiert angedeuteten Ausgangslage 15 (unverformt) in den in 1 dargestellten Verformungszustand einer Bikonvexlinse bringen. Dieser Verformungszustand wird erreicht, indem in der Polymerlage durch die jeweils paarweise gegenüberliegenden Schichtelektroden ein elektrisches Feld mit vom Zentrum zu den Seitenrändern hin zunehmender Feldstärke erzeugt wird. Das elektrische Feld bewirkt daher im Zentrum der Polymerlage lediglich eine geringe Verringerung ihrer Dicke und an den Seitenrändern die stärkste Verringerung der Dicke, wobei sich gleichzeitig der Durchmesser der dargestellten Sammellinse bei im Wesentlichen gleichbleibender Dichte der Polymerlage vergrößert. Die weitgehend unabhängig vom Verformungszustand der Polymerlage 12 konstante Dichte des zum Einsatz kommenden elektroaktiven Polymers ist Voraussetzung für die geforderten homogenen, optischen Eigenschaften des optischen Elementes, die im Fall der 1 auch Voraussetzung für eine Brennweitenänderung der dargestellten Sammellinse ist.An adaptive optical element according to 1 consists of a polymer actuator 11 made of a transparent polymer layer 12 and on both sides of this polymer layer 12 applied transparent electrode layers 13a . 13b is formed. The electrode layers themselves must be elastic in order to allow a low-tension deformation of the polymer layer. As electrode material, for example, conductive polymers come into question. The electrode layers are by suitable structuring in electrically isolated from each other layer electrodes 14a . 14b divided up. The layer electrodes are as in 1 indicated, independently contacted. By applying the voltages U 1 , U 2 and U 3 with the condition U 1 <U 2 <U 3 , the polymer actuator from the dash-dotted line indicated starting position 15 (undeformed) in the in 1 bring shown deformation state of a biconvex lens. This deformation state is achieved by an electric field is generated in the polymer layer by the pairwise opposite layer electrodes with increasing from the center to the side edges of increasing field strength. The electric field therefore causes only a small reduction in its thickness in the center of the polymer layer and the greatest reduction in the thickness at the side edges, wherein at the same time the diameter of the convergent lens shown at substantially Constant density of the polymer layer increased. The largely independent of the deformation state of the polymer layer 12 constant density of the electroactive polymer used is a prerequisite for the required homogeneous optical properties of the optical element, which in the case of 1 is also a prerequisite for a focal length change of the convex lens shown.

In den folgenden Figuren sind jeweils entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit nochmals erläutert, wie sich Abweichungen zur 1 ergeben. Auch können die technischen Lösungen der Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 6 untereinander kombiniert werden.In the following figures, corresponding elements are provided with the same reference numerals and will only be explained again as far as deviations from 1 result. Also, the technical solutions of the embodiments according to the 1 to 6 be combined with each other.

Bei dem Polymeraktor gemäß 2 ist nur die obere Elektrodenlage 13a in Schichtelektroden 14 unterteilt. Diese sind jeweils im Wesentlichen ringförmig auf konzentrischen Kreisen bzw. auf dem Mittelpunkt der kreisförmigen Oberfläche der Polymerlage 12 angeordnet. Untereinander sind die Schichtelektroden 14 durch Stege 16 elektrisch miteinander verbunden. Von der inneren Schichtelektrode auf dem Mittelpunkt der Oberfläche der Polymerlage 12 führt ein Kontaktierungssteg 17 zum Rand der Polymerlage. Über den Kontaktierungssteg 17 und die äußerste Schichtelektrode 14 am Seitenrand der Polymerlage 12 sind die Schichtelektroden 14 mit einer Spannungsquelle 18 kontaktiert, wobei über die Stege 16 eine Reihenschaltung der Schichtelektroden 14 zu Stande kommt. Der elektrische Widerstand der Stege 16 führt dabei zu einem Spannungsabfall an den einzelnen Schichtelektroden. Da die den Schichtelektroden gegenüberliegende Elektrodenlage 13b mit einer Erdung 19 ver bunden ist, bewirkt dieser Spannungsabfall an den Schichtelektroden 14 die Erzeugung eines Gradienten der Feldstärke des in der Polymerlage 12 ausgebildeten elektrischen Feldes. Hierdurch lässt sich ein nicht dargestellter Verformungszustand des Polymeraktors 11 erzielen.In the polymer actuator according to 2 is only the upper electrode layer 13a in layer electrodes 14 divided. These are each substantially annular on concentric circles or on the center of the circular surface of the polymer layer 12 arranged. One behind the other are the layer electrodes 14 through bars 16 electrically connected to each other. From the inner layer electrode on the center of the surface of the polymer layer 12 leads a Kontaktierungssteg 17 to the edge of the polymer layer. About the Kontaktierungssteg 17 and the outermost layer electrode 14 at the side edge of the polymer layer 12 are the layer electrodes 14 with a voltage source 18 contacted, being about the webs 16 a series connection of the layer electrodes 14 comes about. The electrical resistance of the webs 16 leads to a voltage drop at the individual layer electrodes. Since the electrode layer opposite the layer electrodes 13b with a grounding 19 ver is bound causes this voltage drop across the layer electrodes 14 the generation of a gradient of the field strength of the in the polymer layer 12 trained electric field. This allows an unrepresented deformation state of the polymer actuator 11 achieve.

Der Polymeraktor 11 gemäß 3 ist in seinem unverformten Zustand dargestellt. Es wird deutlich, dass dieser bereits im unverformten Zustand die Form einer Bikonvexlinse aufweist. Werden die Elektrodenlagen 13a, 13b mit einer Spannung U beaufschlagt, so bildet in der Polymerlage 12 ein elektrisches Feld aus, welches aufgrund des geringeren Abstandes der Elektrodenlagen 13a, 13b am Seitenrand der Polymerlage dort eine größere Feldstärke aufweist als im Inneren der Polymerlage, wo der Abstand der Elektrodenlagen 13a, 13b voneinander zu einer Symmetrielinie 20 der Polymerlage hin immer weiter zunimmt. Hierdurch verformt sich entsprechend dem zu 1 beschriebenen Mechanismus die Polymerlage am Seitenrand stärker als in der Mitte, wodurch die Krümmung der Polymerlage 12 verstärkt wird (Verformungszustand 22 strichpunktiert angedeutet). Dies entspricht einer Modifikation der Brennweite der durch den Polymeraktor 11 gebildeten Sammellinse.The polymer actuator 11 according to 3 is shown in its undeformed state. It becomes clear that this already in the undeformed state has the shape of a biconvex lens. Be the electrode layers 13a . 13b subjected to a voltage U, so forms in the polymer layer 12 an electric field, which due to the smaller distance between the electrode layers 13a . 13b at the side edge of the polymer layer there has a greater field strength than in the interior of the polymer layer, where the distance between the electrode layers 13a . 13b from each other to a symmetry line 20 the polymer layer continues to increase. This deforms accordingly 1 mechanism described the polymer layer on the side edge stronger than in the middle, causing the curvature of the polymer layer 12 is amplified (deformation state 22 dash-dotted lines indicated). This corresponds to a modification of the focal length of the polymer actuator 11 formed condenser lens.

Das optische Element gemäß 4 unterscheidet sich im Aufbau von dem in 3 dadurch, dass der Polymeraktor 11 über seine transparente Elektrodenlage 13b beispielsweise aus ITO (Indium Tin Oxide) einseitig mit einer ebenen Glasplatte 21 verbunden ist. Die andere Seite des Polymeraktors ist konvex gekrümmt, so dass das optische Element als Plankonvexlinse ausgeführt ist. Werden die Elektrodenlagen 13a, 13b mit einer Spannung U beaufschlagt, so bildet sich der strichpunktiert dargestellte Verformungszustand 22 aus, der zu einer Abflachung der Krümmung der Oberfläche der Polymerlage 12 führt.The optical element according to 4 differs in structure from that in 3 in that the polymer actuator 11 via its transparent electrode layer 13b for example, from ITO (indium tin oxide) on one side with a flat glass plate 21 connected is. The other side of the polymer actuator is convexly curved, so that the optical element is designed as a plano-convex lens. Be the electrode layers 13a . 13b subjected to a voltage U, so formed the dash-dotted deformation state 22 resulting in a flattening of the curvature of the surface of the polymer layer 12 leads.

Dies lässt sich dadurch erklären, dass durch die feste Verbindung zwischen der Glasplatte 21 und dem Polymeraktor 11 eine Ausdehnung des Seitenrandes weitgehend verhindert wird, so dass durch die Abflachung der Polymerlage 12 in der Mitte das elektroaktive Polymer zum Seitenrand des Polymeraktors hin verlagert wird und dort zu einer Verdickung der Polymerlage 12 führt.This can be explained by the fact that the firm connection between the glass plate 21 and the polymer actuator 11 an extension of the side edge is largely prevented, so that by the flattening of the polymer layer 12 in the middle of the electroactive polymer is displaced towards the side edge of the polymer actuator and there to a thickening of the polymer layer 12 leads.

Der Polymeraktor 11 gemäß 5 besteht aus zwei Polymerlagen 12, zwischen denen eine Elektrodenlage 13b vorgesehen ist. Die Elektrodenlagen 13a auf der Ober- und der Unterseite des durch die Polymerlagen 12 gebildeten Stapels 23 sind mit Schichtelektroden 14a versehen, die entsprechend dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander kontaktiert werden können. Die Elektrodenlage 13b kann mit einer Erdung versehen werden (nicht dargestellt), so dass sich die Polymerlagen 12 unabhängig voneinander verformen lassen. Hierdurch kann beispielsweise der Verformungszustand 22 einer Kovexkonkavlinse erzeugt werden.The polymer actuator 11 according to 5 consists of two polymer layers 12 , between which an electrode layer 13b is provided. The electrode layers 13a on the top and bottom of the through the polymer layers 12 formed stack 23 are with layer electrodes 14a provided according to the in 1 illustrated embodiment can be contacted independently. The electrode layer 13b can be provided with a ground (not shown), so that the polymer layers 12 can be deformed independently of each other. As a result, for example, the deformation state 22 a Kovexkonkavlinse be generated.

Das optische Element gemäß 6 ist als Hohlspiegel ausgeführt. Der Polymeraktor 12 weist auf der Elektrodenlage 13b eine Reflexionsschicht 24 auf, die als Spiegel zum Einsatz kommt. Diese können beispielsweise aus dünnen, elastischen Metallschichten bestehen. Wird die Elektrodenschicht 13b beispielsweise geerdet, kann durch die Schichtelektroden 14a, die einzeln angesteuert werden können (vgl. 1), der bikonkave Querschnitt der Polymerlage 12 erzeugt werden, wodurch die Reflexionsschicht einen Hohlspiegel ausbildet. Natürlich kann auch die Elektrodenlage selbst die Reflexionsschicht bilden, wenn diese reflektierende Eigenschaften aufweist. Eine zusätzliche Reflexionsschicht kann dann entfallen (nicht dargestellt).The optical element according to 6 is designed as a concave mirror. The polymer actuator 12 points to the electrode layer 13b a reflection layer 24 on, which is used as a mirror. These can, for example, consist of thin, elastic metal layers. Will the electrode layer 13b grounded for example, can through the layer electrodes 14a , which can be controlled individually (see. 1 ), the biconcave cross-section of the polymer layer 12 are generated, whereby the reflection layer forms a concave mirror. Of course, the electrode layer itself can also form the reflection layer if it has reflective properties. An additional reflection layer can then be omitted (not shown).

Das optische Element gemäß 7 bildet ein Prisma. Dieses ist durch einen Grundkörper 25 gebildet, welcher einseitig den Polymeraktor 11 trägt. Dieser weist Schichtelektroden 14a und eine Elektrodenlage 13b auf, wobei letztere mit der Erdung 18 verbunden ist. Die Schichtelektroden 14a sind vom einen Ende der Polymerlage hin zum anderen Ende der Polymerlage in Reihe geschaltet, so dass diese mit der Spannungsquelle 19 einen Stromkreis 26 bilden. Durch den aufgrund der Reihenschaltung sich ergebenden Spannungsabfall über die Schichtelektroden 14a kann die Polymerlage 12 keilförmig verformt werden, wodurch die Geometrie des aus Grundkörper 25 und Polymeraktor 11 gebildeten Prismas verändert werden kann.The optical element according to 7 forms a prism. This is by a body 25 formed, which on one side the polymer actuator 11 wearing. This has layer electrodes 14a and an electrode layer 13b on, the latter with grounding 18 connected is. The layer electrodes 14a are connected in series from one end of the polymer layer to the other end of the polymer layer, so that these with the voltage source 19 a circuit 26 form. Due to the series connection resulting voltage drop across the layer electrodes 14a can the polymer layer 12 wedge-shaped deformed, reducing the geometry of the base body 25 and polymer actuator 11 formed prism can be changed.

Claims (8)

Adaptives refraktives oder reflektierendes optisches Element, aufweisend einen Polymeraktor (11) mit mindestens einer Polymerlage (12), an die sich beidseitig jeweils eine Elektrodenlage (13a, 13b) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektrodenlagen (13a, 13b) in Schichtelektroden (14a, 14b) aufgeteilt ist, derart, dass mittels der Schichtelektroden (14a, 14b) ein elektrisches Feld mit lokal sich verändernder Feldstärke erzeugbar ist.Adaptive refractive or reflective optical element comprising a polymer actuator ( 11 ) with at least one polymer layer ( 12 ), to each of which an electrode layer ( 13a . 13b ), characterized in that at least one of the electrode layers ( 13a . 13b ) in layer electrodes ( 14a . 14b ), such that by means of the layer electrodes ( 14a . 14b ) An electric field with locally changing field strength can be generated. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur selben Elektrodenlage (13a, 13b) gehörenden Schichtelektroden (14a, 14b) elektrisch in Reihe geschaltet sind.Element according to claim 1, characterized in that the same electrode layer ( 13a . 13b ) belonging layer electrodes ( 14a . 14b ) are electrically connected in series. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schichtelektroden (14a, 14b) unabhängig voneinander kontaktierbar sind.Element according to claim 1, characterized in that at least a part of the layer electrodes ( 14a . 14b ) are independently contactable. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur selben Elektrodenlage (13a, 13b) gehörenden Schichtelektroden (14a, 14b) in konzentrischen Ringen angeordnet sind.Element according to one of the preceding claims, characterized in that the same electrode layer ( 13a . 13b ) belonging layer electrodes ( 14a . 14b ) are arranged in concentric rings. Adaptives refraktives oder reflektierendes optisches Element, aufweisend einen Polymeraktor (11) mit mindestens einer elektroaktiven Polymerlage (12), an die sich beidseitig jeweils eine Elektrodenlage (13a, 13b) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerlage (12) eine lokal sich verändernde Dicke aufweist, derart, dass mittels der Elektrodenlagen (13a, 13b) ein elektrisches Feld mit lokal sich verändernder Feldstärke erzeugbar ist.Adaptive refractive or reflective optical element comprising a polymer actuator ( 11 ) with at least one electroactive polymer layer ( 12 ), to each of which an electrode layer ( 13a . 13b ), characterized in that the polymer layer ( 12 ) has a locally varying thickness such that by means of the electrode layers ( 13a . 13b ) An electric field with locally changing field strength can be generated. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymeraktor (12) auf einer starren, ebenen Unterlage (21) montiert ist.Element according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer actuator ( 12 ) on a rigid, flat surface ( 21 ) is mounted. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymeraktor eine kreisförmige Grundfläche aufweist.Element according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer actuator has a circular base area. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Polymeraktor eine Reflexionsschicht (24) aufgebracht ist.Element according to one of the preceding claims, characterized in that on the polymer actuator a reflection layer ( 24 ) is applied.
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