CN108026605B - 光学稳像悬置器中的镍钛诺线的热-机械稳定化处理 - Google Patents

Abstract

用于使光学稳像(OIS)悬置器中的形状记忆合金(SMA)线的性能稳定的方法及系统，该光学稳像(OIS)悬置器是具有相对彼此通过SMA线联接的第一或支撑组件和第二或活动组件类型的光学稳像悬置器。该方法的实施例包括通过使活动组件和支撑组件相对彼此运动来使SMA线以循环的方式机械地发生应变和去应变，同时对该SMA线施加热量。温度、应变和去应变水平被配置成使SMA线在机械地发生应变和去应变期间在奥氏体相和马氏体相之间循环地转变。

Description

光学稳像悬置器中的镍钛诺线的热-机械稳定化处理

相关申请的引用

本申请要求于2015年9月30日提交的名称为“对光学稳像悬置器中的镍钛诺线的热-机械稳定化处理(Thermo-Mechanical Stabilization)”的美国临时申请62/234,795的权益，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于制造照相机镜头悬置器的方法，照相机镜头悬置器诸如为那些被结合在移动电话、平板电脑以及其它个人设备中的照相机镜头悬置器。本发明尤其涉及一种用于使照相机镜头悬置器的电气性能稳定的方法，这种照相机镜头悬置器具有用于致动该悬置器的诸如镍钛诺线的形状记忆合金(SMA)线。

背景技术

PCT国际申请公开WO 2014/083318和WO 2013/175197公开了一种照相机镜头光学稳像(OIS)悬置系统，该系统具有由位于底部或固定支撑组件上的挠曲元件或弹簧板支撑的上部或活动组件(照相机镜头元件可安装至该活动组件)。由诸如磷青铜的金属形成的挠曲元件具有活动板和挠曲部。挠曲部在活动板和固定支撑组件之间延伸并起到弹簧的作用，以使得活动组件能够相对于固定支撑组件运动。活动组件和支撑组件通过在这些组件之间延伸的镍钛诺或其它形状记忆合金(SMA)线联接。SMA线中的每条具有附接至支撑组件的一端、以及附接至活动组件的相反端。在悬置系统的作业期间，SMA线被电信号选择性地驱动，以使活动组件相对于支撑组件运动，从而致动悬置器。出于所有目的，上述PCT公开通过引用方式并入本文。

至少部分地由于SMA线的相变相关性质，SMA线通常作为这些悬置器制造的一部分经受稳定化处理工艺(有时也被称为“老化(burn in)”)。稳定化处理工艺的一个目的是使诸如线行程长度和抗力不对称(resistance asymmetry)的特性稳定，以给校准提供稳定的条件，并且提高悬置器作业的一致性和精确性。在已知的稳定化处理工艺期间，组装的悬置器被电连接至控制器，并且电驱动信号被重复地施加至该装置，以使SMA线循环地进行相变。这种电力老化(EB)稳定化处理工艺需要相对复杂的设备，并且执行相对耗时。

存在对用于制造这些类型的悬置器的改进方法的持续需要。具体而言，需要高效、稳健且有效执行的悬置器制造方法。特别期望满足这些目标的老化稳定化处理工艺。

发明内容

本发明的实施例包括用于使光学稳像(OIS)悬置器中的形状记忆合金(SMA)线的性能稳定的方法及系统，该光学稳像悬置器是具有相对彼此通过SMA线联接的第一或支撑组件和第二或活动组件类型的光学稳像悬置器。在实施例中，该方法包括通过使活动组件和支撑组件相对彼此运动来使SMA线以循环的方式机械地发生应变和去应变(mechanically straining and de-straining the wires)。可以在使SMA线机械地发生应变和去应变的同时对SMA线施加热量。温度、应变和去应变水平被配置成使SMA线在机械地发生应变和去应变期间在奥氏体相和马氏体相之间循环地转变。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的热-机械稳定化处理系统的图示，光学稳像(OIS)悬置器位于该稳定化处理系统上。

图2是图1所示的系统的包括OIS悬置器的一部分的详细图示。

图3是与图1所示的系统一起使用的可选的可释放安装结构的图示。

图4是与图1所示的系统一起使用的可选的可释放安装结构的图示。

图5是表示在恒定线温度(105℃)下经历100次从无应力的奥氏体到有应力的马氏体的重复循环或相转变的镍钛诺线的应力与应变的曲线图，其示出了根据本发明实施例的对应力平台(stress plateau)和应变偏移(strain offset)性质的稳定化处理。

图6是对经受根据本发明的实施例的热-机械老化的OIS悬置器和经受现有电力老化(EB)技术的OIS悬置器测量的平均线抗力不对称与测试条件的标绘图。抗力不对称是在应变状态和去应变状态之间测量的线抗力的比率表征。

图7是对经受根据本发明的实施例的热-机械老化的OIS悬置器和经受现有EB技术的OIS悬置器测量的平均致动器行程与测试条件的标绘图。

图8是根据本发明的实施例的装置的实施例的图示，该装置可以在SMA线被安装在OIS致动组件内之前热力地和机械地使SMA线的性能稳定。

具体实施方式

本发明的实施例包括用于形状记忆合金(SMA)光学稳像(OIS)悬置器的热-机械稳定化处理或老化系统及工艺。在该热-机械稳定化处理工艺期间，悬置器的上部或活动部分或组件相对于底部或固定支撑部分或组件往复运动，以使SMA线交替地张紧和放松或恢复(即，使SMA线发生应变和去应变或恢复)，同时SMA线被加热或者以其它方式保持在预定温度。在实施例中，悬置器的活动组件和支撑组件定量(by amounts)并在一定温度下交替地张紧和放松，在该温度下这种操作和热量使得SMA线循环地经历奥氏体相和马氏体相之间的相转变。温度与张紧和放松的量可以被选定以最优化稳定化处理结果，并最小化对SMA线的可能损坏(例如，对SMA线进行加工硬化时)。可以改变包括应变循环的次数和应变或循环的频率的其它参数，以最优化稳定化处理结果。

在实施例中，多个悬置器的固定支撑组件被固定地安装至固定板，该固定板由加热器加热。悬置器的多个相关联的活动组件被安装至上部活动板。在稳定化处理工艺期间，上部活动板被以来回的方式相对于固定板往复驱动，以使悬置器的活动组件相对于固定支撑组件运动。

例如，图1和图2示出了根据本发明的实施例的热-机械稳定化处理或老化系统10及工艺、以及可以由该系统及方法处理的形状记忆合金(SMA)光学稳像(OIS)悬置器12。如图2所示，示例性的OIS悬置器12包括固定支撑或底部组件14、活动或上部组件16以及SMA线18。每条SMA线18在底部组件14和上部组件16之间延伸。尽管OIS悬置器12的所示实施例具有呈矩形图案布置的四条SMA线18，但是其它实施例(未示出)具有更多或更少数量的这种线。系统10包括固定或底部板20、活动或顶部板22、致动器24以及加热器26。在所示实施例中，加热器26是通过底部板20对悬置器12进行加热的热板。例如，在其它实施例中(未示出)，加热器可以是热风枪或者系统10在其中作业的加热室。在所示实施例中，致动器24是音圈振动器，并且使顶部板22(例如，绕着路径或轴线28)往复运动。控制器(未示出)被联接至致动器，以及可选地被联接至加热器。

在稳定化处理工序期间，每个悬置器12的底部组件14被安装至系统10的底部板20，并且每个悬置器的上部组件16被安装至顶部板22。系统10的实施例包括使每个悬置器12的底部组件14能够在稳定化处理工序期间联接至底部板20并且能够在该工序之后从该底部板释放并移除的安装结构(不可见)。类似地，诸如图2所示的杆30的安装结构可以将每个悬置器12的上部组件16联接至顶部板22。在实施例中，系统10可以包括用于接合上部组件16中的开口以在稳定工序期间将该上部组件联接至顶部板22并且在老化工序后使将上部组件从顶部板释放并移除的结构，这种结构诸如为图3的销或图4的键杆42。在所示实施例中，悬置器12相对于机械运动轴线28成一定角度(例如，45°)安装，使得共用活动压接部的成对SMA线18能够通过顶部板22绕着轴线28的运动同时地发生应变或去应变。其它实施例(未示出)被构造成用于具有少于或多于四条SMA线的OIS悬置器和/或用于具有其它几何构型的这种线的悬置器。在这些和其它实施例中，稳定化处理系统及方法可以被配置成同时在少于所有的线上操作。

例如，具有四条镍钛诺线的悬置器在包括105℃的温度和以15Hz的两千次循环的参数下经受根据实施例的稳定化处理工序。在这种稳定化处理后测得的零件参数包括：(1)低温下163.4μm～2.4％应变的平均零件运动；(2)高温下142.5μm～2.1％应变的测量零件运动。其它稳定化处理工艺测试参数包括以30Hz(约4秒)且在85℃下的125次循环。这些测试参数产生在图6和图7中被示出为单次(85摄氏度)或重复性(105摄氏度)数据点的具有平均±1标准偏差的零件测试结果。

本发明的其它实施例包括用于提供悬置器的活动组件和固定支撑组件之间的相对运动的其它结构及方法。例如，悬置器的活动组件可以不被系统接合，同时悬置器的固定支撑组件被以导致活动组件和固定支撑组件之间的所需相对运动的频率和距离驱动。换言之，当活动组件的惯性不受除了悬置器本身的那些结构之外的结构约束时，活动组件的惯性在固定支撑组件被驱动时导致相对运动。

本发明的实施例提供了显著的优点。该方法利用热量和重复的机械应变来使镍钛诺线的电气性能稳定。在制造期间，位于OIS悬置器内的被加热的镍钛诺线被以重复的方式机械地驱动，以提供被校准至该线的抗力特性的稳定位置。热-机械稳定化处理工艺(1)通过消除电钉扎来使用比现有技术方法更简化的工艺设备；(2)有助于更长时间的老化，以进行更好的稳定化处理；以及(3)在测试期间提供增强的产品刚性。如图5所示，本发明的实施例可以在线被安装在OIS致动组件内之前使线在恒定温度下在奥氏体相和马氏体相之间应变。线加载(增大应力)期间的应力平台(stress plateau)稳定化处理和线卸载(减小应力)期间的应变偏移稳定化处理与OIS致动器内线的行程和抗力特性的变化有关。相对于采用三十秒、一百次循环电力老化(EB)工艺的现有技术方法，本发明的实施例已经能够提供两千次电力老化循环的同等行程老化以及以105℃和±2.1％应变循环的一百次电力老化循环的同等抗力不对称老化。图6是对利用本发明的实施例稳定化处理(在85℃和105℃下两千次循环的测试条件)的悬置器测量的不对称的标绘图。为了参考，还示出了利用一百次EB循环和两千次EB循环的基线值和相应的测量值。图7是对利用本发明的实施例稳定化处理(在85℃和105℃下两千次循环的测试条件)的悬置器测量的行程的标绘图。为了参考，还示出了利用两千次EB循环的基线值和相应的测量值。

在其它实施例中，形状记忆线在其被附接至OIS悬置器前经受热-机械老化稳定化处理工序。例如，一定长度的线可以从供应线轴上展开，并且在该线行进通过加热区域后重新卷绕在不同的线轴上。可以通过绕着被固定至活动且受控的线性工作台的单个或多个惰辊的线行进来完成线在加热区域停留时间期间的应变和去应变。例如，图8示出了具有线加热区域52、位于可相对于加热区域52移动的表面56上的惰辊54、展开驱动辊58以及重新卷绕驱动辊60的装置50。辊54可以通过表面56移动，以增大(由箭头62表示)线在加热区域52中的应变以及减小(由箭头64表示)线在加热区域52中的应变。可选择地，对于一个或全部驱动辊的转动速度被调节成引起被悬挂在加热区域中的线的应变变化的实施例，惰辊可以是固定的或不存在。加热区域可以代表线行进通过对流、传导或辐射装置。在线的长度和/或抗力特性被稳定化处理后，可以将其安装在OIS致动器内，使得后续的电力老化工艺被取消或相对于循环时间被最小化。

虽然已经参考优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出形式和细节上的改变。

Claims (20)

1.一种用于使光学稳像悬置器中的形状记忆合金(SMA)线的性能稳定的方法，所述光学稳像悬置器是具有相对彼此通过所述SMA线联接的支撑部分和活动部分类型的光学稳像悬置器，所述方法包括：

将各自包括多条SMA线的多个光学稳像悬置器的多个活动部分安装到系统的上部活动板；

将所述多个光学稳像悬置器的多个支撑部分安装到所述系统的固定板，所述多个支撑部分中的每个通过多条SMA线与所述多个活动部分中的相应一个联接；

加热所述固定板以加热所述多条SMA线；以及

通过使所述多个活动部分和所述多个支撑部分相对彼此运动来使所述SMA线以循环的方式机械地发生应变和去应变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使所述线发生应变和去应变，以使所述线在奥氏体相和马氏体相之间循环地转变。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在使所述线机械地发生应变和去应变的同时对所述线施加热量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在机械的应变和去应变期间，温度、应变和去应变水平被配置成使所述线在奥氏体相和马氏体相之间循环地转变。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述活动部分和所述支撑部分相对彼此运动包括相对彼此驱动所述活动部分和所述支撑部分的其中至少一个。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括保持所述活动部分和所述支撑部分中的一个静止，同时驱动所述活动部分和所述支撑部分中的另一个。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述活动部分和所述支撑部分相对彼此运动包括使所述活动部分和所述支撑部分相对彼此绕着与所述SMA线中的至少一些SMA线不平行的路径运动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述活动部分和所述支撑部分相对彼此运动包括使所述活动组件和所述支撑组件绕着相对于所述SMA线中的至少一些SMA线偏移45度的路径运动。

9.一种用于对光学稳像(OIS)悬置器的SMA线执行热-机械老化的稳定化处理系统，所述OIS悬置器具有通过所述SMA线联接至支撑组件的活动组件，所述稳定化处理系统包括：

用于保持多个OIS悬置器的固定装置，所述固定装置包括活动板和固定板，所述多个OIS悬置器各自包括活动组件和支撑组件，每个活动组件通过多条SMA线联接到相应的支撑组件；

被构造成用于加热所述固定板以加热所述多条SMA线的加热器；以及

致动器，所述致动器被配置成使所述固定装置的活动板移动，以使每个悬置器的活动组件相对于每个相关联的悬置器的支撑组件运动，从而使所述线以循环的方式机械地发生应变和去应变。

10.根据权利要求9所述的稳定化处理系统，其特征在于，所述加热器是热板。

11.根据权利要求10所述的稳定化处理系统，其特征在于，还包括联接至所述致动器和所述加热器的控制器。

12.根据权利要求9所述的稳定化处理系统，其特征在于，还包括联接至所述致动器的控制器。

13.根据权利要求9所述的稳定化处理系统，其特征在于，所述固定装置和所述致动器被构造成使得所述致动器使所述活动组件相对于所述支撑组件绕着与所述SMA线的其中至少一条SMA线不平行的路径运动。

14.根据权利要求13所述的稳定化处理系统，其特征在于，所述固定装置和所述致动器被构造成使得所述致动器使所述活动组件相对于所述支撑组件绕着与所述SMA线的其中至少一条SMA线成45°角的路径运动。

15.一种用于使形状记忆合金(SMA)线的性能稳定的方法，所述方法包括：

将第一组支撑构件安装到系统的上部活动板，其中每个支撑构件包括多条SMA线；

将第二组支撑构件安装到所述系统的固定板，所述第二组支撑构件中的每个通过所述多条SMA线中的相应多条SMA线与所述第一组支撑构件中的相应支撑构件联接；

加热所述固定板以加热所述多条SMA线；以及

使所述SMA线以循环的方式机械地发生应变和去应变。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在使所述线机械地发生应变和去应变的同时，对所述线进行加热并将所述线保持在预定温度。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述线保持在预定温度包括对所述线进行加热。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

使所述SMA线发生应变和去应变包括致动所述第一组支撑构件和所述第二组支撑构件中的至少一组中的至少一个支撑构件。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，致动所述第一组支撑构件和所述第二组支撑构件中的至少一组中的至少一个支撑构件包括使所述至少一个支撑构件相对于所述第二组支撑构件中的至少一个支撑构件运动。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，致动所述第一组支撑构件和所述第二组支撑构件中的至少一组中的至少一个支撑构件包括使所述第一组支撑构件和所述第二组支撑构件中的至少一组中的至少一个支撑构件转动。

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