利用静电排斥的换能器及相关系统和方法技术方案

在一些实施例中，诸如换能器的设备包括设置在电极之间的聚合物元件，以及被配置为向电极施加具有相同极性的电势的控制电路。电极之间的分离距离可以通过电极之间的静电排斥来增加。还公开了各种其他设备、系统、方法和计算机可读介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用静电排斥的换能器及相关系统和方法背景可以包括诸如手套和头戴式装置(headset)的设备的增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统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交互，或者查看叠加在真实世界视图上的AR数据。AR/VR设备也可用于娱乐以外的目的。例如，政府可以使用这种设备进行军事训练模拟，医生可以使用这种设备来练习外科手术，以及工程师可以使用这种设备作为可视化辅助。AR/VR设备可以包括换能器和光学组件。因此，期望改进这种设备，以及使用这种设备的系统和方法。概述如下文将更详细描述的，本公开描述了使用电极之间的静电排斥来例如产生位移的示例换能器。根据本专利技术，一种设备包括：第一电极、第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的聚合物元件、以及被配置为向第一电极施加第一电势并向第二电极施加第二电势的控制电路。第一电势和第二电势具有相同的极性。例如，当没有向两个电极施加电势时，第一电极和第二电极分开一分离距离。当第一电势被施加到第一电极并且第二电势被施加到第二电极时，分离距离通过第一电极和第二电极之间的静电排斥而增加。例如，第一电势和第二电势可以都具有正极性，或者可以都具有负极性。第一电势和第二电势可以基本相同。第一电极和第二电极可以电互连，并且控制电路可以被配置为向第一电极和第二电极施加公共电势。聚合物元件可以包括电活性聚合物，并且可以是电活性元件。聚合物元件可以是大致同质的。聚合物元件可以包括多个纳米空隙。多个纳米空隙可以大致均匀地分布在聚合物元件内。可选地，多个纳米空隙在介电层内具有不均匀的分布。可选地，该设备可以对施加到第一电极的第一电势和施加到第二电极的第二电势提供不均匀的机械响应，这可选地基于聚合物元件内空隙的不均匀分布。第一电极可以设置在第一基板上，并且第二电极可以设置在第二基板上。第一基板和/或第二基板可以包括柔性聚合物膜。该设备可以是可穿戴设备(例如手套、腰带、带子(strap)、眼镜或头戴式设备、鞋、头盔、手表或其他衣物或可穿戴设备)的部件。该设备可以邻近第二设备定位。可选地，第二设备是电活性设备，其可选地基于电活性聚合物。可选地，当该电活性设备和该设备都被致动时，这两个设备协作地提供累积位移。根据本专利技术，还提供了一种设备(例如换能器)，包括：包括第一对电极的第一设备、包括第二对电极的第二设备、以及被配置为向第一对电极中的每个电极施加第一电势并在第二对电极之间施加第二电势的控制电路，其中当第一电势被施加到第一对电极中的每个电极时，第一对电极之间的第一距离通过静电排斥而增加，并且当在第二对电极之间施加第二电势时，第二对电极之间的第二距离减小。第二设备可以包括位于第二对电极之间的聚合物元件，该聚合物元件可以是电活性元件。该设备可以包括位于第一对电极之间的聚合物元件，该聚合物元件可以是电活性元件、非电活性的介电元件或其他聚合物元件。第一对电极可以包括第一电极和第二电极，其中第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上，并且其中第一基板和第二基板各自包括柔性聚合物。根据本专利技术，还提供了一种方法(例如电致动方法)，包括：向第一电极施加第一电势，并且在向第一电极施加第一电势期间，向第二电极施加第二电势，其中第一电势具有与第二电势相同的极性，从而在第一电极和第二电极之间诱发排斥的静电力，从而增加第一电极和第二电极之间的分离距离，并且聚合物元件设置在第一电极和第二电极之间。该方法可以进一步包括随后分别向第一电极和第二电极施加具有相反极性的电势，从而在第一电极和第二电极之间诱发吸引力。聚合物元件可以包括电活性聚合物，并且吸引力可以至少部分地由聚合物元件的电诱发压缩产生。在一些实施例中，用于施加基于静电排斥的致动的计算机实现的方法可以包括例如从逻辑单元接收控制信号。例如，在致动器可以是可穿戴设备(例如手套、腰带、眼镜、其他头饰、鞋或其他可穿戴设备)的一部分的各种实施例中，控制信号可以涉及对人的触觉反馈的期望应用。控制信号可以由AR或VR系统产生，或者基于AR或VR系统的输出而产生。然后，可以基于控制信号来确定将被施加到致动器的致动器信号。致动器信号可以对应于向致动器的一个或更多个电触点提供一个或更多个电势，例如，如本文所述的。然后，致动器信号可以例如通过一个或更多个电触点被施加到致动器。致动器信号可以是时间调制的，以例如基于控制信号向人提供进一步期望的触觉感觉。在一些实施例中，用于致动的系统可以包括存储在存储器中的几个模块，包括控制元件、逻辑单元或其他基于处理器的设备。在一些实施例中，方法可以被编码为计算机可读介质上的计算机可读指令。例如，计算机可读介质可以包括一个或更多个计算机可执行指令，该一个或更多个计算机可执行指令当由计算设备的至少一个处理器执行时，可以使计算设备控制向致动器提供致动器信号。虽然本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是本文将详细描述具体实施例。然而，本文描述的示例性实施例不旨在限于所公开的特定形式。更确切地说，本公开覆盖了落入本公开范围内的所有修改、等同物和替代物。根据本文描述的一般原理，来自本文公开的这些和任何其他实施例的特征可以彼此结合使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些和其他实施例、特征和优点将被更充分地理解。附图简述附图示出了许多示例性实施例，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的各种原理。图1A和图1B示出了静电致动器，其中图1A示出了没有施加电信号，而图1B示出了施加电信号。图2A和图2B示出了双电极静电致动器。图3示出了具有堆叠配置的3电极静电致动器。图4示出了具有堆叠配置的4电极静电致动器。图5示出了另一个4电极静电致动器。图6示出了静电致动器和电活性致动器的组合。图7A和图7B示出了具有平面外致动(out-of-planeactuation)的横向场电活性致动器。图8示出了根据本公开的一些实施例的示例近眼显示系统的图，该近眼显示系统包括近眼显示器和控制系统，它们可以彼此通信地耦合。图9示出了根据本公开的一些实施例的示例近眼显示器的图，该近眼显示器具有包括透镜组件的透镜，该透镜组件具有多个液体透镜。图10是静电致动的示例性方法的流程图。图11是静电致动的示例性方法的流程图。在全部附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元素。虽然本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是已经通过附图中的示例示出了特定实施例，并且将在本文进行详细描述。然而，本文描述的示例性实施例不旨在限于所公开的特定形式。更确切地，本公开覆盖了落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代物。本专利技术的示例的详细描述本公开总体上涉及例如换能器(例如致动器)以及相关的系统和方法。如下文将更详细解释的，本公开的实施例包括静电致动器，在该静电致动器中相似电荷之间的静电排斥诱发位移。下面将参考图1-9提供示例换能器、包括一个或更多个换能器的系统、使用换能器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：/n第一电极；/n第二电极；/n聚合物元件，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间；和/n控制电路，其被配置为向所述第一电极施加第一电势并且向所述第二电极施加第二电势，/n其中：/n所述第一电势和所述第二电势具有相同的极性，并且/n所述第一电极和所述第二电极分开一分离距离，并且/n当所述第一电势被施加到所述第一电极并且所述第二电势被施加到所述第二电极时，所述分离距离通过所述第一电极和所述第二电极之间的静电排斥而增加。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181211 US 16/215,6841.一种设备，包括：
第一电极；
第二电极；
聚合物元件，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间；和
控制电路，其被配置为向所述第一电极施加第一电势并且向所述第二电极施加第二电势，
其中：
所述第一电势和所述第二电势具有相同的极性，并且
所述第一电极和所述第二电极分开一分离距离，并且
当所述第一电势被施加到所述第一电极并且所述第二电势被施加到所述第二电极时，所述分离距离通过所述第一电极和所述第二电极之间的静电排斥而增加。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电势和所述第二电势基本相同。


3.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述第一电极和所述第二电极电互连，并且
所述控制电路被配置为向所述第一电极和所述第二电极施加公共电势。


4.根据权利要求1所述的设备，其中所述聚合物元件包括电活性聚合物。


5.根据权利要求1所述的设备，其中所述聚合物元件是大致同质的。


6.根据权利要求1所述的设备，其中所述聚合物元件包括多个纳米空隙。


7.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个纳米空隙大致均匀地分布在所述聚合物元件内。


8.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述多个纳米空隙在所述介电层内具有不均匀的分布，并且
所述设备对施加到所述第一电极的所述第一电势和施加到所述第二电极的所述第二电势提供不均匀的机械响应。


9.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电极设置在第一基板上，并且所述第二电极设...

【专利技术属性】
技术研发人员：塔尼娅·马尔霍特拉，托马斯·约翰·法雷尔·沃林，伊吉特·门居奇，安德鲁·约翰·欧德柯克，凯瑟琳·玛丽·史密斯，杰克·林赛，肯尼斯·迪斯特，奥斯汀·莱恩，克里斯托弗·元庭·廖，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US