SMA致动器组件的制作方法

sma致动器组件
1.本发明涉及使用形状记忆合金(sma)线来提供支撑在支撑结构上的可移动部件的位置控制。
2.存在各种类型的致动器组件，其中期望提供可移动部件的位置控制。sma线作为这种致动器组件中的致动器是有利的，特别是由于sma线的高能量密度，这意味着施加给定力所需要的sma线具有相对小的尺寸。
3.其中已知sma线用作致动器的一种类型的致动器组件是相机(特别是微型相机)。致动器组件可以例如用于在这样的相机中提供光学图像稳定(ois)。wo 2013/175197 a1公开了一种sma致动器组件，其中总共使用四根sma线来提供ois，这通过在两个正交方向上将可移动透镜元件相对于支撑结构上的图像传感器移动到移动范围内的任何位置，而不向可移动部件施加任何净转矩来完成。wo 2017/072535 a1公开了一种sma致动器组件，其中sma线用于通过相对于透镜元件移动可移动图像传感器来提供ois。
4.本发明涉及提供一种可替代的sma致动器组件，该sma致动器组件用于在平面内相对于支撑结构移动可移动部件，例如为了提供ois的目的。
5.根据本发明，提供了一种形状记忆合金(sma)致动器组件，其包括：支撑结构；可移动部件，该可移动部件可相对于支撑结构在平面内在移动范围内移动；防旋转机构(anti-rotation mechanism)，该防旋转机构被配置为限制可移动部件相对于支撑结构围绕垂直于平面的任何轴线的旋转；以及总共三根sma线，该三根sma线是可单独控制的，以便将可移动部件相对于支撑结构移动到所述移动范围内的任何位置。
6.提供防旋转机构与三根sma线的结合允许控制可移动部件的三个自由度：沿着x轴的移动、沿着y轴的移动以及sma线中的张力。防旋转机构限制可移动部件的旋转，使得由sma线施加到可移动部件的任何扭矩被转换成sma线中的平移移动和/或张力。与不提供这样的张力控制的组件相比，控制张力允许更精确地控制sma线。因此，sma致动器组件能够在移动平面内精确地且可控制地移动可移动部件，例如为了提供ois的目的。
7.根据本发明，还提供了一种形状记忆合金(sma)致动器组件，其包括：支撑结构；可移动部件，该可移动部件可相对于支撑结构在平面内移动；防旋转机构，该防旋转机构被配置为限制可移动部件相对于支撑结构围绕垂直于平面的任何轴线的旋转；总共两根sma线，其中这些sma线都不是共线的，并且其中sma线是可单独控制的，以便在平面中的两个方向上向可移动部件施加力；以及偏置布置，该偏置布置被配置成向可移动部件施加力，该力与由两根sma线施加的力相反(oppose)。
8.提供防旋转机构与两根sma线的结合允许控制可移动部件的两个自由度：沿着x轴的移动和沿着y轴的移动。防旋转机构限制可移动部件的旋转，使得由sma线施加到可移动部件的任何扭矩被转换成平移移动。偏置布置对抗(oppose)由两根sma线施加的力，并且因此可以在与两根sma线移动可移动部件的方向相反(opposite)的方向上移动可移动部件。因此，sma致动器组件能够在移动平面内可控制地移动可移动部件，例如为了提供ois的目的。
9.根据本发明，还提供了一种相机装置，其包括sma致动器组件和相对于支撑结构固
定的图像传感器。可移动部件包括透镜组件，透镜组件包括被配置成将图像聚焦在图像传感器上的一个或更多个透镜。sma致动器组件可以用于通过横向于光轴移动透镜组件来在相机装置中提供ois。与通过倾斜相机单元或图像传感器来提供ois的相机(其中相机装置需要在z方向上的附加间隙以允许这样的倾斜)相比，相机装置的整体尺寸可以减小。
10.现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
11.图1a是包含sma致动器组件的相机装置的示意性侧视图；
12.图1b是根据本发明的实施例的sma致动器组件的示意性平面图；
13.图2a是根据本发明的实施例的sma致动器组件中的轴承布置和防旋转机构的示意性平面图；
14.图2b是根据本发明的实施例的sma致动器组件中的另一轴承布置和防旋转机构的示意性平面图；
15.图3a是根据本发明的实施例的sma致动器组件中的sma线的布置的示意性平面图；
16.图3b是根据本发明的实施例的sma致动器组件中的sma线的另一布置的示意性平面图；
17.图3c-图3e是可以包括在图3b的sma致动器组件中的中间元件的示意性平面图；
18.图3f是根据本发明的实施例的sma致动器组件中的sma线的另一布置的示意性平面图；
19.图4a是根据本发明的实施例的另一sma致动器组件的示意性平面图；以及
20.图4b是根据本发明的实施例的另一sma致动器组件的示意性平面图。
21.在下面的描述中，将参考其中期望ois的相机来描述本发明。然而，这是本发明的一个非限制性示例性使用，并且将理解，本发明可以用于任何光学系统或非光学系统中，并且用于任何目的。例如，本发明可以用于改善用于执行3d感测(即，生成场景的3d表示)或在触觉应用中的系统的性能。
22.图1a示意性地示出了根据本发明的包含sma致动器组件2的相机装置1。相机装置1将被包含在诸如移动电话或平板电脑的便携式电子设备中。因此，微型化是一个重要的设计准则。
23.sma致动器组件2包括支撑结构10和可移动部件20。可移动部件20支撑在支撑结构10上。可移动部件20可相对于支撑结构10在平面内(特别是在x-y平面内)的移动范围内移动。可以限制或阻止在垂直于平面的方向上(即沿着z轴)的移动。
24.sma致动器组件2包括多根sma线30。sma线30可以在张力下连接在支撑结构10和可移动部件20之间。sma线30可以使用连接元件33(例如压接连接件(crimp connection))在sma线30的端部处连接到支撑结构10和/或可移动部件20。压接连接件可以压接sma线以机械地保持sma线，以及提供到sma线30的电连接。然而，可以可替代地使用任何其他合适的连接件。sma线30在选择性收缩时能够驱动可移动部件20相对于支撑结构10以具有两个自由度(即沿着x轴和y轴)的平移移动进行移动。
25.可移动部件20可以仅由sma线30支撑在支撑结构10上(因此悬挂在支撑结构10上)。然而，优选地，sma致动器组件2包括将可移动部件支撑在支撑结构10上的轴承布置40。轴承布置40可以具有允许可移动部件20相对于支撑结构10在x-y平面内移动的任何合适的形式。为此目的，轴承布置40可以例如包括滚动轴承、挠曲轴承(flexure bearing)或滑动
轴承(plain bearing)。轴承布置40可以限制或阻止可移动部件20相对于支撑结构10在z方向上的移动。轴承布置40可以将x-y平面内的移动限制在特定的移动范围内。
26.相机装置1还包括透镜组件3和图像传感器4。透镜组件3包括配置成将图像聚焦在图像传感器4上的一个或更多个透镜。图像传感器4捕获图像，并且可以是任何合适的类型，例如电荷耦合设备(ccd)或cmos设备。透镜组件3包括支撑一个或更多个透镜的例如呈圆柱体形式的透镜托架。一个或更多个透镜可以固定在透镜托架中，或者可以以至少一个透镜可沿着光轴o移动的方式支撑在透镜托架中，例如以提供变焦或聚焦(例如自动聚焦(af))。相机装置1可以是微型相机装置，其中透镜组件3的透镜或每个透镜的直径为20mm或更小(优选为12mm或更小)。为了便于参考，z轴被认为是透镜组件3的光轴o，而x轴和y轴与z轴垂直。在透镜组件3的期望取向中，光轴o垂直于图像传感器4的光敏区域，而x轴和y轴平行于图像传感器20的光敏区域。
27.在图1a所示的实施例中，可移动部件20包括透镜组件3。图像传感器4可以相对于支撑结构10固定，即安装在支撑结构10上。在其他实施例(未示出)中，透镜组件3可以相对于支撑结构10固定(在x-y平面中)，并且可移动部件20可以包括图像传感器4。在任一实施例中，在操作中，透镜组件3相对于图像传感器4在x-y平面中正交于光轴o移动。这具有移动图像传感器4上的图像的效果。这用于提供ois，从而补偿例如由用户握手引起的相机装置1的图像移动。
28.相机装置1包括振动传感器6和控制电路8。例如，振动传感器6可以是陀螺仪传感器，但是通常可以使用其它类型的振动传感器6。振动传感器6检测相机装置1正在经历的振动，并生成表示相机装置1的振动的输出信号。控制电路8可以在集成电路(ic)芯片中实现。控制电路8响应于振动传感器6的输出信号生成用于sma线30的驱动信号。sma材料具有在加热时其经历引起sma材料收缩的固态相变的特性。因此，向sma线30施加驱动信号，从而通过允许电流流动来加热sma线30，将引起sma线30收缩并移动可移动部件20。选择驱动信号以使由图像传感器4感测的图像稳定的方式驱动可移动部件20的移动。控制电路8将生成的驱动信号供应给sma线30，从而提供ois。
29.如wo 2013/175197 a1中的具有四根sma线的致动器组件可以用于提供ois。四根sma线允许相对于支撑结构10在四个自由度上控制可移动部件20，特别是控制：沿着x轴的移动、沿着y轴的移动、围绕z轴的旋转以及sma线中的张力。在一些情况下，可能不需要控制围绕z轴的旋转。例如，在不限于所要求保护的发明的情况下，当可移动部件20包括仅具有旋转对称透镜的透镜组件3时，允许可移动部件20围绕z轴旋转可能没有益处。
30.发明人已经发现，提供限制围绕z轴的旋转的防旋转机构7允许总共三根sma线30来控制：沿着x轴的移动、沿着y轴的移动以及sma线30中的张力。与具有四根或更多根sma线的致动器组件相比，使用总共三根sma线30可以降低sma致动器组件2的成本和功耗，同时允许相机装置1中的ois。
31.图1b示意性地描绘了具有防旋转机构7和总共三根sma线30的致动器组件2的实施例的平面图。总共三根sma线30仅由三根独立可控制的sma线30组成。防旋转机构7限制可移动部件20相对于支撑结构10围绕垂直于平面的任何轴线的旋转。因此，可移动部件20围绕z轴的旋转受到限制，即，围绕z轴的旋转受到阻碍或甚至被阻止。三根sma线30是单独可控制的，以便将可移动部件20相对于支撑结构10移动到移动范围内的任何位置。因此，三根sma
线可以在x-y平面内可逆地和可控制地移动可移动部件20。这允许通过控制sma线30来将可移动部件20移动到移动范围内的任何x-y坐标。
32.sma线30中的每一根在收缩时向可移动部件20施加相应的力。第一sma线30a在x-y平面中在第一方向31a上(例如在x方向上)施加力。第二sma线30b在x-y平面中在第二方向31b上(例如在y方向上)施加力。如图1b所示，第一方向31a和第二方向31b可以是正交的方向。然而，通常，第一方向31a和第二方向31b可以是x-y平面中的任何两个不同的方向，并且因此可以是相对于彼此成角度的两个方向。第三sma线30c在收缩时在x-y平面中在第三方向31c上向可移动部件20施加力。在第三方向31c上的力与第一sma线30a和/或第二sma线30b施加的力相反。因此，第三方向31c与第一方向31a相反，或者与第二方向31b相反，或者与第一方向31a和第二方向31b之间的锐角内的任何方向相反。优选地，第三方向31c与由第一sma线30a和第二sma线30b两者施加的力相反，并且因此与第一方向31a和第二方向31b之间的角度内(即直角、锐角或钝角内)的任何方向相反。
33.三根sma线30可以各自平行于x-y平面延伸，并且因此可以仅在x-y平面内向可移动部件20施加力。这在使sma致动器组件2在z方向上的尺寸最小化方面是有利的。在一些实施例中，sma线30可以相对于x-y平面成角度(即，以非零角度(优选小角度)倾斜)，在这种情况下，sma线30在第一方向、第二方向和第三方向上施加的力指的是由sma线30施加的总力在x-y平面中起作用的分量。例如，当轴承布置40包括滚珠轴承时，这可能是有用的，在这种情况下，sma线30中的张力可以用于将滚珠轴承的轴承表面推压在一起。
34.图2a和图2b示意性地以平面图描绘了包括或包含防旋转机构7的轴承布置40。图2a和图2b的轴承布置40限制可移动部件20相对于支撑结构10围绕z轴的旋转。每个轴承布置40实质上包括以机械串联方式连接的两个轴承部分，每个轴承部分允许在x-y平面中的两个非共线方向中的相应一个方向上移动。
35.图2a示出了轴承布置40，该轴承布置40包括连接在支撑结构10和可移动部件20之间的挠曲臂(flexure arm)的布置。轴承布置40包括以机械串联方式连接的两对挠曲臂41a、42a。第一对挠曲臂41a允许在x-y平面内在两个正交的方向中的一个方向上(例如在x方向上)的移动。第一对挠曲臂41a限制在任何其他方向上的移动。第二对挠曲臂42a允许在x-y平面内在两个正交的方向中的另一个方向上(例如在y方向上)的移动。第二对挠曲臂42a限制在任何其它方向上的移动。因此，组合地，两对挠曲臂41a、42a允许在x-y平面中移动并限制围绕z轴的旋转。轴承布置40可以是单件(single piece)，因此轴承布置的所有部分可以例如由诸如金属片的片材一体形成。轴承布置40可以刚性地连接到可移动部件20和支撑结构10，或者可以与支撑结构10(的一部分)和/或可移动部件20(的一部分)一体形成。
36.图2b示出了可替代的轴承布置40，该轴承布置40包括连接在支撑结构10和可移动部件20之间的滚动轴承的布置。例如，滚动轴承可以是滚珠轴承、滚柱轴承或摇杆轴承(rocker bearing)。滚动轴承可以包括支承在两个轴承表面上的滚动元件(例如滚珠、滚柱或摇杆)。轴承布置40包括两个滚动轴承41b、42b，这两个滚动轴承41b、42b以机械串联方式布置在可移动部件20和支撑结构10之间。第一滚动轴承41b允许在x-y平面内在两个正交的方向中的一个方向上(例如在x方向上)的移动。第一滚动轴承41b限制在任何其他方向上的移动。第一滚动轴承41b可以包括支承在可移动部件20的表面和中间板43的表面上的滚动元件。可移动部件20可以相对于中间板43在x方向上移动。第二滚动轴承42b允许在x-y平面
内在两个正交的方向中的另一个方向上(例如在y方向上)的移动。第二滚动轴承42b限制在任何其它方向上的移动。第二滚动轴承42b可以包括支承在支撑结构10的表面和中间板43的表面上的滚动元件。中间板43可以相对于支撑结构10在y方向上移动。因此，组合地，两个滚动轴承41b、42b允许在x-y平面中的移动并限制围绕z轴的旋转。
37.尽管图2a和图2b示出了包含防旋转机构的轴承布置40的两个示例，但是应当理解，防旋转机构7可以与轴承布置40分开或者包含在不同的轴承布置40中。通常，防旋转机构7可以包括限制可移动部件20相对于支撑结构10旋转的任何机构。在共同未决的gb 2005570.3中公开了这样的防旋转机构7的另外的示例，这些示例通过引用并入本文。此外，如将参考图3d和图3e解释的，防旋转机构7可以包含在可移动部件20和第三sma线30c之间的连接件中。
38.sma致动器组件2可以包括与关于图2a和图2b描述的那些轴承布置不同的轴承布置40，例如允许在x-y平面内移动的不同类型的挠曲轴承或滚动轴承，或任何类型的滑动轴承。滑动轴承包括相互支承的两个轴承表面，因此可移动部件20可以包括支承在支撑结构10的互补轴承表面上的轴承表面。通常，轴承布置40可以具有允许可移动部件20相对于支撑结构10在x-y平面内移动的任何构造。
39.图1b的sma线30的布置可能需要相对大的占用面积(footprint)，以实现可移动部件20相对于支撑结构10的给定的行程(stroke)或移动量。
40.图3a-图3f以平面图示意性地描绘了sma致动器组件2，其具有减小的占用面积以实现给定的行程量。在这些sma致动器组件2中的每一个中，每根sma线30沿着可移动部件10的边缘或侧边延伸。sma线30围绕z轴在不同角位置处布置成环圈(loop)。可替代地(未示出)，sma线30中的一些可以朝向可移动部件10的中心延伸，以实现减小的占用面积。在任一情况下，sma线30不在径向远离可移动部件20的方向上延伸，并且因此可移动部件20和支撑结构10之间在x-y平面中的间隙可以减小，从而减小sma致动器组件2在x-y平面中的总占用面积。
41.除了sma线30的布置不同之外，图3a-图3f的sma致动器组件2可以对应于关于图1a和图1b描述的sma致动器组件2。在图3a-图3f中，第一sma线30a在x方向上延伸。第一sma线30a在x方向上向可移动部件20施加力，并且因此可以在x方向上移动可移动部件20。第二sma线30b在y方向上延伸。第二sma线30b在y方向上向可移动部件20施加力，并且因此可以在y方向上移动可移动部件20。因此，第一sma线30a和第二sma线30b在它们的延伸方向上向可移动部件20施加力。第一sma线30a和第二sma线30b可以连接到可移动部件20，以便围绕z轴以交替的方向(in alternate sense)施加扭矩。例如，如图3a所示，第一sma线30a可以向可移动部件20施加逆时针扭矩，而第二sma线30b可以向可移动部件20施加顺时针扭矩。由于提供了防旋转机构7，因此这种扭矩将可以(至少部分地)转换成x方向和y方向上的平移移动。
42.第三sma线30c也沿着可移动部件20的边缘延伸。因此，第三sma线30c在与第三方向31c不同的方向上延伸，在该第三方向31上，第三sma线30c向可移动部件20施加力。为了使第三sma线30c中的张力沿着第三方向31c重新定向，sma致动器组件2包括中间元件35。该中间元件35使第三sma线30c中的张力重新定向，以在第三方向31c上起作用。
43.图3a-图3f示出了中间元件35的不同示例。在图3a的sma致动器组件2中，中间元件
35包括挠曲臂35a。挠曲臂35a在一端处连接到支撑结构10，而在另一端处连接到可移动部件20。挠曲臂35a允许另一端相对于支撑结构10在第三方向31c上移动。第三sma线30c连接到挠曲臂35a，例如连接到挠曲臂35a的连接到可移动部件10的一端。在收缩时，第三sma线30c因此使挠曲臂偏转。这在第三方向31c上推压挠曲臂35a的另一端，并因此在第三方向31c上向可移动部件30施加力。
44.在图3b-图3f的sma致动器组件2中，第三sma线30c围绕与中间元件35的接触区域36弯曲。因此，第三sma线30c包括在接触区域36的两延伸的两个sma部分。两个sma部分相对于彼此成角度。这两个sma部分是sma线的直的部分。在图3b-图3f的示例中，两个部分中的一个沿着x轴延伸，而两个部分中的另一个沿着y轴延伸。因此，这两个部分沿着可移动部件10的边缘在不同的方向上延伸。中间元件35布置在第三sma线30c和可移动部件20之间。因此，中间元件35从接触区域36延伸到可移动部件20。第三sma线30c的每个部分在收缩时在不同的方向上在接触区域36上施加力。在所描绘的示例中，两个sma部分中的一个在x方向上施加力，而两个sma部分中的另一个在y方向上施加力。这两个部分的合力、以及因此由第三sma线30c施加的力在第三方向31c上起作用。
45.中间元件35优选地允许可移动部件20在x-y平面内相对于接触区域36移动。这减小了由于由第一sma线30a和第二sma线30b施加的力而导致的第三sma线30c对可移动部件20在x-y平面内的移动的影响。例如，如图3b所示，中间元件35可以包括挠曲臂37a。挠曲臂37a基本在第三方向31c上延伸。挠曲臂37a的一端连接到可移动部件20，而挠曲臂的另一端连接到接触区域36。挠曲臂37a抵抗屈曲(buckling)，并且因此将来自第三sma线30c的力沿第三方向31c传递到可移动部件20。挠曲臂37a允许可移动部件20相对于接触区域36在与第三方向31c正交的方向上移动。由于由第一sma线30a和第二sma线30b施加的力，可移动部件20因此可以在x-y平面内移动。
46.图3c示出了中间元件35的另一个示例，该中间元件35可以取代图3b中描绘的中间元件35。该中间元件35包括滚动轴承37b(例如滚珠轴承、滚柱轴承或摇杆轴承)。滚动轴承37b包括位于两个轴承表面之间的滚动元件(例如滚珠、滚柱或摇杆)。第一轴承表面连接到可移动部件20。第二轴承表面连接到接触区域36。两个轴承表面基本垂直于第三方向31c延伸。滚动轴承37b允许可移动部件20相对于接触区域36在与第三方向31c正交的方向上移动。由于由第一sma线30a和第二sma线30b施加的力，可移动部件20因此可以在x-y平面内移动。
47.图3d和图3e示出了可以取代图3b中描绘的中间元件35的中间元件35的另外的示例。在图3d和图3e中，中间元件35包括或包含防旋转机构7。因此，中间元件35限制可移动部件20相对于支撑结构10围绕z轴的旋转。特别地，如图3d所示，中间元件35可以包括两个挠曲臂37c。每个挠曲臂在接触区域36和可移动部件20之间延伸。两个挠曲臂37c基本在第三方向31c上延伸。两个挠曲臂37c在x-y平面中(特别是在与第三方向31c正交的方向上)彼此间隔开。因此，两个挠曲臂37c允许可移动部件20相对于接触区域36在与第三方向31c正交的任何方向上移动。可移动部件20相对于接触区域36围绕z轴的旋转受到限制。
48.可替代地，如图3e所示，中间元件35可以包括两个滚动元件37d。两个滚动元件37d布置在连接到接触区域36的轴承表面和连接到可移动部件20的轴承表面之间。两个滚动元件37d接触这些轴承表面并支承在这些轴承表面上。两个滚动元件37d在x-y平面中(特别是
在与第三方向31c正交的方向上)彼此间隔开。因此，两个滚动元件37d阻止两个轴承表面围绕z轴相对于彼此的旋转。这阻止了可移动部件20相对于支撑结构10围绕z轴的旋转。
49.在图3a-图3e的实施例中，第三sma线30c布置在可移动部件20的与第一sma线30a和第二sma线30b相对的一侧上。可替代地，第三sma线30c可以布置在可移动部件的与第一sma线30c和第二sma线30c相同的一侧上，因此通常布置在可移动部件的周界的与第一sma线30c和第二sma线30c相同的半边(half)上。这方面的示例在图3f中以平面图示意性地描绘。除了三根sma线30布置在可移动部件20的周界的相同半边上，图3f的sma致动器组件2实质上对应于图3b的sma致动器组件2。这可以减少可移动部件20的周界的另半边中所需的空间，从而允许可移动部件20位于更靠近任何设备(例如相机装置1或移动电话或其他设备)的其中将包含sma致动器组件2的角的位置。尽管图3f仅描绘了图3b的sma致动器组件2的示例(其中三根sma线布置在同一侧上)，但是应当理解，图3a-图3e中任何一个的sma致动器组件可以以类似的方式进行修改，以达到其中三根sma线30布置在同一侧上的配置。
50.图1b和3a-图3f的sma致动器组件2包括总共三根sma线30，从而允许独立地控制以下项：沿着x轴的移动、沿着y轴的移动和sma线30中的张力。在一些应用中，例如在不太需要精确且可靠的定位的设备中，可能不需要控制sma线30中的张力。在这样的应用中，三根sma线30中的一根可以是冗余的，并且总共两根sma线30可以用于独立地控制沿着x轴的移动和沿着y轴的移动。这样的sma致动器组件2可以对应于如上所述的sma致动器组件2，除了用偏置布置50取代第三sma线30c之外。
51.这样的sma致动器组件2在图4a和图4b中示意性地描绘出。sma致动器组件2包括支撑结构10和可移动部件20，该可移动部件20可在x-y平面内相对于支撑结构10移动。sma致动器组件2还包括防旋转机构，该防旋转机构限制可移动部件20相对于支撑结构10围绕z轴的旋转。然而，与关于图1b和图3a-图3f所描述的不同，该sma致动器组件2包括总共两根sma线30a、30b。两根sma线30a、30b都不是共线的。sma线30a、30b是单独可控制的，以便在x-y平面内在两个方向(例如两个正交的方向)上向可移动部件20施加力。例如，第一sma线30a可以在x方向上施加力，而第二sma线30b可以在y方向上施加力。第一sma线30a和第二sma线30b可以沿着可移动部件20的边缘或朝向可移动部件20的中心延伸。
52.代替第三sma线30c，sma致动器组件2包括偏置布置50。偏置布置50向可移动部件20施加力(偏置力)，该力(偏置力)与由两根sma线30a、30b施加的力相反。偏置布置50可以是弹簧或其他弹性元件。例如如图4a所示，弹簧或其它弹性元件在一端处连接到支撑结构10，而在另一端处连接到可移动部件20。弹簧或其他弹性元件可以以与图1b和图3a-图3f中的第三sma线30c相同的方式布置，并被偏置以收缩，从而以上述方式在第三方向31c上施加力。可替代地，弹簧或其他弹性元件可以被偏置以膨胀，并且以与图1b和图3a-图3f中的第三sma线30c基本相反的方式布置。
53.如图4b所示，偏置布置50还可以结合到轴承布置40中。因此，轴承布置40可以以允许在x-y平面内移动的方式将可移动部件20支撑在支撑结构10上，并且提供与由第一sma线30a和第二sma线30b施加的力相反的偏置力。例如，轴承布置40可以包括连接在支撑结构10和可移动部件20之间的一个或更多个挠曲件。一个或更多个挠曲件可以被预先偏置(预先加载)以便将偏置力施加到可移动部件20上。
54.图4b的sma致动器组件2包括关于图2a描述的轴承布置40。因此，轴承布置40也可
以用作防旋转机构7。因此，在图4b的sma致动器组件2中，轴承布置40的目的是：i)以允许在x-y平面内移动的方式将可移动部件20支撑在支撑结构10上，ii)向可移动部件20施加与由两根sma线30a、30b施加的力相反的偏置力，以及iii)限制可移动部件20相对于支撑结构10围绕z轴的旋转。与sma致动器组件(其中这些功能在单独的部件中实现)相比，提供用于所有这些目的的轴承布置40可以使sma致动器组件更加紧凑。然而，根据上面的公开内容，防旋转机构7可以以任何其他方式实现(例如使用图2b的轴承布置40，或者以关于图3d和图3e讨论的方式通过偏置布置50和可移动部件20之间的适当连接件)。类似地，偏置布置50可以使用与轴承布置40分开的部件来实现。
55.图5以平面图示意性地描绘了根据本发明的方面的具有可替代的sma线30的布置的sma致动器组件2。sma致动器组件2包括支撑结构10、可移动部件20、防旋转机构7和三根sma线30(例如，如已经关于图1b和图3a-图3f的实施例所描述的)。
56.如图3所示，至少一根sma线30(优选两根sma线30)可以设置在可移动部件20的下方。因此，至少一根sma线30(优选两根sma线30)沿着z轴设置在支撑结构10和可移动部件20之间。这可以特别适用于在可移动部件20上设置图像传感器而不是透镜的情况。至少一根sma线30(优选两根sma线30)可以在可移动部件20的下方对角地延伸。至少一根sma线30(优选两根sma线30)可以在可移动部件20的两个相对的角之间延伸(特别是当可移动部件20具有矩形或正方形横截面时)。将至少一根sma线30布置在基底下方可以减少致动器组件2在x-y平面中的占用面积。与其中sma线不对角地布置的情况相比，对角地布置至少一根sma线30可以增加sma线30的长度，而不增加致动器组件的占用面积。
57.在图5中，因此提供了三根sma线30a、30b、30c。两根sma线30a、30b被对角地布置在可移动部件20的下方。两根sma线30a、30b彼此垂直地布置。两根sma线30a、30b被布置成沿着第一轴线(x轴)在相同的方向上施加力，并且沿着垂直于第一轴线的第二轴线(y轴)在相反的方向上施加力。第三sma线30c被布置成沿着第一轴线在与两根sma线30a、30b的力相反的方向上施加力。
58.图5的实施例只是其中sma线30布置在可移动部件20下方的一个示例。尽管未示出，但是sma线30的许多其它布置是可能的。在一些实施例中，并且参考图3a，例如，两根sma线30a、30b可以布置成邻近可移动部件20(如关于图3a所描述的)，并且第三sma线3c可以在可移动部件20的下方对角地延伸(特别是在沿着图3a中的箭头31c的方向上)。此外，在图4a的实施例中，两根sma线30a、30b中的一根或两根可以布置在可移动部件20的下方，例如如关于图5的sma线30a、30b所描述的。
59.尽管上述附图的示意性平面图示出了其中可移动部件20在x-y平面中具有正方形占用面积的示例，但是应当理解，可移动部件20通常可以具有任何其他形状。例如，可移动部件20可以基本是圆形的，并且遵循例如圆柱形透镜托架的轮廓。当参考沿着可移动部件20的边缘或侧边延伸的sma线30时，因此不要求sma线平行于这样的边缘或侧边。而是，意图是sma线30以允许sma致动器组件2在x-y平面中的占用面积与其中sma线30远离光轴o径向延伸的情况相比减小的方式布置，同时实现给定的行程量(即，可移动部件20的移动)。特别地，sma线30可以以类似于图中所描绘的方式的方式延伸，而不管可移动部件20或支撑结构10的形状如何。
60.应当理解，当可移动部件20相对于支撑结构10移动时，上述sma线30中的任何一根
向可移动部件20施加力的方向可以在某种程度上改变。以上对力和力的方向的描述通常适用于其中可移动部件20相对于支撑结构10处于中心位置的情况，因此处于由可移动部件20相对于支撑结构10的可能移动所限定的运动包络中的基本中心的位置。以上对力和力的方向的描述可以保持或可以不保持适用于位于移动包络的最末端(extreme end)或朝向移动包络的最末端(即在移动包络的边界处，可移动部件20在正常操作期间可能不移动超过该边界)。正常操作指的是其中可移动部件20由于由sma线30和/或任何可选的偏置布置施加的力而移动的情况(例如为了ois的目的)。
61.术语“形状记忆合金(sma，shape memory alloy)线”可以指任何包含sma的元件。sma线可以具有适合于本文所述目的的任何形状。sma线可以是长形的，并且可以具有圆形的横截面或任何其他形状的横截面。横截面可以沿sma线的长度变化。还可能的是，sma线的长度(无论定义如何)可以与sma线的其他尺寸中的一个或更多个尺寸相似。sma线可以是柔韧的，或者换句话说，是柔性的。在一些示例中，当在两个元件之间以直线连接时，sma线可以仅施加迫使将两个元件推到一起的张力。在其他示例中，sma线可以围绕元件弯曲，并且当sma线在张力下趋于伸直时，可以向元件施加力。sma线可以是梁状的或刚性的，并且可能能够对元件施加不同的力(例如非张力)。sma线可以包括也可以不包括非sma的(一种或更多种)材料和/或(一种或更多种)组成部分。例如，sma线可以包括sma的芯和非sma材料的涂层。除非上下文另有要求，否则术语“sma线”可以指充当单个致动元件的sma线的任何配置，例如，该单个致动元件可以被独立地控制以产生作用于元件的力。例如，sma线可以包括机械地并联和/或串联布置的sma线的两个或更多个部分。在一些布置中，sma线可以是较大区段的sma线(a larger piece of sma wire)的一部分。这种较大区段的sma线可以包括可单独受控制的两个或更多个部分，从而形成两根或更多根sma线。
62.本领域技术人员应理解，尽管前面已经描述了被认为是执行本公开的最佳模式和在适当的情况下执行本公开的其它模式的内容，但是本公开不应限于在优选实施例的本描述中公开的具体配置和方法。本领域技术人员将认识到，本发明具有广泛的应用范围，并且在不脱离权利要求的范围的情况下，实施例可以进行广泛范围的修改。

技术特征：
1.一种形状记忆合金(sma)致动器组件，包括：支撑结构；可移动部件，所述可移动部件能够相对于所述支撑结构在平面内在移动范围内移动；防旋转机构，所述防旋转机构被配置成限制所述可移动部件相对于所述支撑结构围绕垂直于所述平面的任何轴线的旋转；以及总共三根sma线，所述三根sma线是能够单独控制的，以便将所述可移动部件相对于所述支撑结构移动到所述移动范围内的任何位置。2.根据权利要求1所述的sma致动器组件，其中，第一sma线和第二sma线被布置成在收缩时分别在所述平面内的第一方向和第二方向上向所述可移动部件施加力；以及第三sma线被布置成在收缩时在所述平面内的第三方向上向所述可移动部件施加力，以便对抗由所述第一sam线和/或所述第二sam线施加的所述力。3.根据权利要求2所述的sma致动器组件，其中，所述第一方向和所述第二方向是正交的方向。4.根据权利要求2或3所述的sma致动器组件，其中，所述第三sma线在与所述第三方向不同的方向上延伸，并且其中，所述sma致动器组件还包括中间元件，所述中间元件被配置成使所述第三sma线中的张力沿着所述第三方向重新定向。5.根据权利要求4所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件包括挠曲臂，所述挠曲臂在一端处连接到所述支撑结构并且在另一端处连接到所述可移动部件，其中，所述挠曲臂被布置成使得允许所述另一端相对于所述支撑结构在所述第三方向上移动，并且其中，所述第三sma线连接到所述挠曲臂，并且被配置成在收缩时使所述挠曲臂偏转，从而在所述第三方向上推压所述挠曲臂的所述另一端。6.根据权利要求4所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件布置在所述第三sma线和所述可移动部件之间，其中，所述第三sma线围绕与所述中间元件的接触区域弯曲，从而在所述接触区域的两侧上形成两个sma部分，所述两个sma部分相对于彼此成角度。7.根据权利要求6所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件允许所述可移动部件相对于所述接触区域在所述平面内的移动。8.根据权利要求7所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件包括基本在所述第三方向上延伸的挠曲臂，所述挠曲臂的一端连接到所述可移动部件，并且所述挠曲臂的另一端连接到所述接触区域。9.根据权利要求7所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件包括滚动轴承，所述滚动轴承包括在两个轴承表面之间的滚动元件，所述两个轴承表面分别连接到所述可移动部件和所述接触区域，所述两个轴承表面基本垂直于所述第三方向延伸。10.根据权利要求6至9中任一项所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件阻止所述可移动部件相对于所述接触区域围绕垂直于所述平面的任何轴线的旋转，所述中间元件由此包括所述防旋转机构。11.根据权利要求9所述的sma致动器组件，其中，所述中间元件包括两个滚动元件，所述两个滚动元件被布置成使得阻止所述两个轴承表面相对于彼此围绕垂直于平面的任何轴线的旋转。12.根据任一项前述权利要求所述的sma致动器组件，其中，每根sma线沿着所述可移动
部件的边缘或朝向所述可移动部件的中心延伸。13.根据任一项前述权利要求所述的sma致动器组件，其中，至少一根sma线沿着垂直于所述平面的轴线在所述可移动部件和所述支撑结构之间延伸。14.根据权利要求13所述的sma致动器组件，其中，所述至少一根sma线在所述可移动部件的两个相对的角之间延伸。15.根据任一项前述权利要求所述的sma致动器组件，还包括轴承布置，所述轴承布置被配置成以允许所述可移动部件相对于所述支撑结构在所述平面内移动的方式将所述可移动部件支撑在所述支撑结构上。16.根据权利要求15所述的sma致动器组件，其中，所述轴承布置被配置成限制所述可移动部件相对于所述支撑结构围绕垂直于所述平面的任何轴线的旋转，所述轴承布置由此包括所述防旋转机构。17.根据权利要求16所述的sma致动器组件，其中，所述轴承布置包括两对挠曲臂，所述两对挠曲臂以机械串联方式连接在所述可移动部件和所述支撑结构之间，其中，每对挠曲臂允许在所述平面内在两个正交的方向中的相应一个方向上移动。18.根据权利要求16所述的sma致动器组件，其中，所述轴承布置包括两个滚动轴承，所述两个滚动轴承以机械串联方式布置在所述可移动部件和所述支撑结构之间，其中，每个滚动轴承允许在所述平面内在两个正交的方向中的相应一个方向上移动。19.根据任一项前述权利要求所述的sma致动器组件，其中，所述三根sma线布置在所述可移动部件的周界的相同半边上。20.一种形状记忆合金(sma)致动器组件，包括：支撑结构；可移动部件，所述可移动部件能够相对于所述支撑结构在平面内移动；防旋转机构，所述防旋转机构被配置成限制所述可移动部件相对于所述支撑结构围绕垂直于所述平面的任何轴线的旋转；总共两根sma线，其中，所述sma线都不是共线的，并且其中，所述sma线是能够单独控制的，以便在所述平面中在两个方向上向所述可移动部件施加力；以及偏置布置，所述偏置布置被配置成向所述可移动部件施加与由所述两根sma线施加的所述力相反的力。21.根据权利要求20所述的sma致动器组件，其中，所述两个方向是两个正交的方向。22.根据权利要求20或21所述的sma致动器组件，其中，每根sma线沿着所述可移动部件的边缘或朝向所述可移动部件的中心延伸。23.根据权利要求20至22中任一项所述的sma致动器组件，其中，至少一根sma线沿着垂直于所述平面的轴线在所述可移动部件和所述支撑结构之间延伸。24.根据权利要求23所述的sma致动器组件，其中，所述至少一根sma线在所述可移动部件的两个相对的角之间延伸。25.根据权利要求20至24中任一项所述的sma致动器组件，其中，所述防旋转机构包括所述偏置布置。26.根据权利要求20至25中任一项所述的sma致动器组件，还包括轴承布置，所述轴承布置被配置成以允许所述可移动部件相对于所述支撑结构在所述平面内移动的方式将所
述可移动部件支撑在所述支撑结构上。27.根据权利要求26所述的sma致动器组件，其中，所述轴承布置被配置成限制所述可移动部件相对于所述支撑结构围绕垂直于所述平面的任何轴线的旋转，所述轴承布置由此包括所述防旋转机构。28.一种相机装置，包括根据任一项前述权利要求所述的sma致动器组件，所述相机装置还包括相对于所述支撑结构固定的图像传感器；并且其中，所述可移动部件包括透镜组件，所述透镜组件包括被配置成将图像聚焦在所述图像传感器上的一个或更多个透镜。29.根据权利要求28所述的相机装置，还包括振动传感器，所述振动传感器被配置成生成表示所述相机装置的振动的输出信号；以及控制电路，所述控制电路被布置成响应于所述振动传感器的所述输出信号来生成用于所述sma线的驱动信号，以用于驱动所述可移动部件的移动，以便稳定由所述图像传感器感测的所述图像，并将生成的驱动信号供应给所述sma线。

技术总结
一种形状记忆合金(SMA)致动器组件包括：支撑结构；可移动部件，该可移动部件可相对于支撑结构在平面内在移动范围内移动；防旋转机构，该防旋转机构被配置成限制可移动部件相对于支撑结构围绕垂直于平面的任何轴线的旋转；以及总共三根SMA线，这些SMA线是可单独控制的，以便将可移动部件相对于支撑结构移动到所述移动范围内的任何位置。述移动范围内的任何位置。述移动范围内的任何位置。


技术研发人员：詹姆斯
受保护的技术使用者：剑桥机电有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2023/7/25