CN109791265A - 具有形状记忆元件的致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及致动器(1)，其在光学布置(2)的束路径中调整待移动的元件(6)，该致动器(1)包括待移动的元件(6)、载体(5)和至少一个SM元件(7.1至7.4)，其中该SM元件(7.1至7.4)连接到待移动的元件(6)并且设计为支撑在载体(5)上，使得当SM元件(7.1至7.4)的尺寸发生变化的情况下，在待移动的元件(6)和载体(5)之间产生定向的力作用(F)。本发明还涉及在光学布置(2)的束路径中调整待移动的元件(6)的装置，并且涉及致动器(1)的用途。

Description

具有形状记忆元件的致动器

本发明涉及具有形状记忆元件的致动器和沿着位移路径调整待移动的元件的设备。此外，本发明涉及具有致动器的布置和设备、以及致动器的用途。

马达和压电驱动器的用途(例如特别是在光学布置中调整待移动的元件)是已知的。这些还可以用于在诸如显微镜的(部分)自动化光学布置中执行移动。因此，例如可以修改聚焦，或者可以改变滤光器。

某些合金(形状记忆的合金，SMA)的在加热后重新采取它们的原始形状的能力已经众所周知。过程中出现的力适合于以有目标的方式定位可移动的元件。

第一方法已经在EP 2 140 138 B1中描述并且实现为在照相手机中产生移动。特别地，EP 2 140 138 B1已经公开了SMA致动式设备的控制系统。SMA致动式设备具有如下的SMA致动器：在由于热效应收缩的情况下引起可移动的部件的移动。控制系统包括电流源。通过电流流过SMA致动器来加热SMA致动器。此外，出现了检测SMA致动器的电阻的检测器电路和控制电流源的控制器。在监控SMA致动器的电阻时，通过控制器来加热SMA致动器。可移动的部件的位置被捕获，并且根据该位置，进一步加热或冷却SMA致动器以便于设定可移动的部件的位置。通过由形状记忆合金制成的丝线的相对布置，致动器的精确定位是可能的。同时，当前位置可以由采用的丝线的电阻测量来推断。

US 8,441,749 B2已经描述了基于形状记忆合金(SMA)的致动器。致动器包括载体、待移动的元件以及在载体和待移动的元件之间具有多个弹性连接元件的保持设备。由于保持设备的作用，沿着轴线引导待移动的元件。当它的长度变化时，形式为丝线的至少一个SMA元件施加力在待移动的元件上。

WO 2013/121225 A1已经公开了致动器，其包括形式为丝线的四个SMA元件、载体和待移动的元件。在每个SMA元件的情况下，一端连接到载体，并且另一端连接到待移动的元件。由SMA元件产生的力作用彼此反方向地定向。通过在SMA元件的长度中有目标的变化，在XY平面中待移动的元件是可定位的。

WO 2007/113478涉及移动照相机镜头的致动器。致动器包括载体、照相机镜头、引导照相机镜头沿着其光轴移动的保持设备、以及至少一对SMA元件。后者在拉伸应力下布置在照相机镜头和载体之间。

本发明基于提出与现有技术相比得到改进的其他致动器的目的。此外，本发明基于指定采用该致动器的新设备和用途的目的。

关于该致动器，该目的由独立权利要求1的主题来实现。关于该设备，该目的由权利要求6、7和9的主题来实现。关于该用途，该目的由权利要求13至15的主题来实现。权利要求6中指定了包括致动器的布置。

有利的发展例是从属权利要求的主题。

目的由实施为沿着位移路径调整待移动的元件的致动器来实现。致动器包括待移动的元件、载体和至少一个形状记忆元件，其中形状记忆元件连接到待移动的元件并且实施为支撑在载体上，使得在形状记忆元件的范围发生变化的情况下，在待移动的元件和载体之间产生定向的力作用。

在本说明书中，形状记忆元件(下文还缩写成SM元件)被理解为实质上由形状记忆材料构成的那些元件。形状记忆材料可以是形状记忆合金(智能金属合金；例如，可用于形状记忆致动器)、形状记忆聚合物(SMP)、磁性形状记忆材料(MSM，磁性形状记忆合金；例如，可用于磁性形状记忆致动器；磁性形状记忆致动器)、介电弹性体(可用于介电弹性体致动器，DEA)及其组合。此外，形状记忆材料可以是如US 7,591,834 B2中所述的材料。

磁性形状记忆合金可以被认为是形状记忆合金的子组合。在这些材料中，形状记忆效应显著地由对应对准且强的磁场的效应来引起。在此，根据相应的形状记忆材料，在磁性形状记忆材料的维度中的至少一个中(例如在其长度中)可以发生多达10％的变化。基于磁性形状记忆材料的SM元件具有很大的自锁效应。自锁效应使得例如甚至在没有附加地夹紧元件的情况下，可以将光学元件保持在其位置中。即使有外力作用，但是由于自锁效应，SM元件或者元件或部件中的具有与所述SM元件工作关系的至少一些保留在其位置中。

特别地，对光学系统的调整提出了非常高的要求，以便于确保不变的高成像质量。同时，应当降低制造成本，例如通过使用所需的公差不需要选得太小的技术解决方案。

先前，借助于调整环或手动致动元件(例如固定螺钉)来实现待移动的元件的调整。这样做，待调整的系统必须在通过调整环的调整的范围内来组装、测量并且随后再拆卸。在系统重新组装的情况下，该进程需要大量时间并且规避修改系统的性质的风险。此外，实时地评估调整的当前状态是不可能的。

例如，如果通过手动致动元件执行调整，则调整的灵敏度由螺纹限制。此外，需要接近单独致动元件，因此结构化实施例可选项被极大地限制。尤其是，调整元件需要附加的安装空间。

例如在光学设备中，SM元件和包括SM元件的致动器的用途促进了其节省空间的和有成本效益的整合。可实现的定位精确度是在一微米内，所以可以以高灵敏度来执行调整。此外，可以以视觉方式且例如实时地(现场观察)伴随调整。

此外，有利的是，观察的制造公差可以是大的(例如宽松配合)。通过根据本发明的致动器来有效地补偿制造公差。

附加地，通过SM元件在100和500μm之间的行程是可实现的。较大行程使得相邻机构的制造精确度较低，这有助于降低制造成本。如果SM元件或致动器可选地实现为自分析或自感，则重新调整不需要附加的测量系统。

如果达到的调整位置保持在相对长的时间段(例如若干个小时、天、周或月)，则可以使用形状记忆材料的自锁效应。更好的是，附加地提供制动器或夹紧单元和/或夹紧元件，其效应引起了待移动的元件可贴附或贴附在当前调整位置处。

还可以由摩擦力的效应来固定达到的调整位置，例如该摩擦力发生在待移动的元件和载体之间。为此，待移动的元件可以通过弹簧和/或磁体连接到载体，在具有磁体的实施例的情况下，特别地允许小安装空间和低成本。作为示例，多个磁体附接到待移动的元件，其中待移动的元件可以包括例如非磁性材料，诸如铝、塑料、玻璃或适当的复合材料。载体由磁性(铁磁性)材料构成，或者包含由这样的磁性(铁磁性)材料制成的区域。

在磁体和载体之间作用的磁力将待移动的元件保持在载体上。在此，有利的是，磁体以气体间隙保留在磁体和载体之间的这样的方式来布置并且标定尺寸。这样的布置允许高精确度，并且与假如除了待移动的元件以外磁体还直接与载体接触相比引起了更低的误差。在待移动的元件和载体之间出现的摩擦力导致在这些部件之间的自锁效应。摩擦力应该小于通过存在的(一个或多个)SM元件引起或可引起的致动力。例如，虽然与下文所述的制动器或夹紧单元相比较，该自锁效应较低，但是通常足以补偿小的扰动力，诸如轻微振动引起的加速。

在其他实施例中，载体和待移动的元件可以具有磁体。彼此相对的磁体布置为具有相对极性，使得相对极性相吸。

可以构造定位系统，其中通过致动器(特别是通过SM元件)，待移动的元件被移动到期望位置。因为由磁力引起的摩擦力，待移动的元件被固定在期望的位置处。适当的传感器可以监控是否维持在该位置。如果确定了待移动的元件的当前位置(实际位置)与期望位置的不容许的偏差，则借助于相应地致动SM元件使待移动的元件返回到期望位置中。

如果待移动的元件不再位于期望位置(预期位置)处，则这样的系统的优点在于不需要附加的制动器或夹紧单元，而且在于仅致动SM元件(例如为SM元件提供电力)。

在其它实施例可选项中，例如形式为感应线圈的一个或多个传感器可以布置在载体中。作为示例，与其他各以120°角偏移的三个感应线圈存在。待移动的元件必须由导电材料构成或者包含导电材料。可以通过感应线圈来捕获待移动的元件的当前位置；作为示例，这可以从感应线圈的测量值计算出。如果在待移动的元件和所述感应线圈之间的距离发生变化，则感应线圈中的至少一个的测量值(例如电感和/或阻抗)变化。当前距离——以及对应地距离中的相应变化——可以通过适当的变换器(例如像来自德州仪器(注册商标)的LDC1000电感到数字变换器一样的电感到数字变换器)来确立。在其他实施例中，传感器还可以布置在待移动的元件上。

在已经校准了传感器、载体和待移动的元件的系统一次之后，可以精确地测量载体和待移动的元件的当前位置及其距离。在不可容许的偏差的情况下，可以致动SM元件，使得再次实现载体和待移动的元件的期望位置。在此有利的是，可以直接地检测待移动的元件，并且不需要附加的磁体或其他部件。可以以小安装空间需求和低成本来实现高度集成的解决方案。因此，可以使用近似5×5mm²的感应线圈，例如其精确度和再现性在若干μm的范围内。在其他可能的实施例中，制动器或夹紧单元具有至少一个弹簧元件(例如开口垫圈)，其效应将待移动的元件(或由待移动的元件保持的元件，诸如透镜、光阑或滤光器)按压抵靠邻接件。通过至少一个SM元件，待移动的元件横向于制动器或夹紧单元的力作用来移动或可横向于制动器或夹紧单元的力作用来移动。

在SM元件和待移动的元件之间的连接可以由力配合、联锁和/或内聚连接来实现。这样的连接还理解为如下的实施例：其中SM元件至少在其范围的一部分之上搁置在待移动的元件上，和/或其中SM元件被引导穿过待移动的元件并且机械上与待移动的元件相互作用。

可以用宽松端或者用不具有与载体的力配合或内聚连接的部分，在载体上支撑SM元件。在其它实施例中，SM元件可以是可拆卸的，或者非可拆卸地连接到载体。

作为示例，连接是可拆卸的连接，特别是力配合和/或联锁的连接，诸如螺纹连接、夹具式连接或插头式连接。在其他实施例中，连接可以非可拆卸的力配合、联锁和/或诸如粘合结合连接、焊接连接、铸件连接或按压配合连接之类的内聚连接。

在致动器的其他实施例中，存在通过SM元件驱动的或可驱动的至少一个夹紧元件，所述夹紧元件的力作用被定向至待移动的元件上，并且由于所述夹紧元件的所述力作用而使待移动的元件夹紧抵靠邻接件，使得夹紧的待移动的元件保持在夹紧的位置中。在驱动的状态下发生力作用。如果没有驱动夹紧元件，则力作用可定向在待移动的元件上，并且待移动的元件可夹紧在夹紧的位置处。

在其他可能的实施例中，当SM元件在冷却和/或无电流状态时可以驱动夹紧元件。如果待移动的元件应该移动到位，则SM元件被加热和/或其中穿过电流。夹紧元件的力作用被减弱或移除，使得待移动的元件可移动到位。为了将待移动的元件贴附在约定的位置处，夹紧元件的SM元件再次冷却和/或切换成无电流的状态，于是夹紧元件的力作用再次设定并且待移动的元件保持在其位置中。对应的陈述应用于磁场对SM元件的效应或磁场的失活。

作为示例，如果在例如向用户递送之前或者在原地组装包括致动器的产品期间调整待移动的元件，并且如果所述元件应该在夹紧的位置处保持了相对长的时间段(所谓的设置且遗忘的应用)，则这样的实施例是有利的。

在其他实施例中，可以在SM元件在加热和/或载有电流的状态时驱动夹紧元件。如果待移动的元件应该移动到位，则SM元件被冷却和/或切换成无电流的状态。夹紧元件的力作用被减弱或移除，使得待移动的元件可移动到位。如果将待移动的元件贴附在其约定的位置中，则夹紧元件的SM元件再次被加热和/或其中穿过电流。对应的陈述应用于磁场对SM元件的效应或磁场的失活。

可以通过驱动SM元件直接地形成夹紧元件，那么，该SM元件直接连接到待移动的元件。该实施例是非常节省空间的并且节省很多材料。

在其他可能的实施例中，SM元件中的至少一个实质上由磁性形状记忆材料来形成。有利地，可以由一个或多个磁场的效应来致动这样的SM元件。作为示例，SM元件上不需要电连接器。

在其他实施例中，如果通过适当的磁场来致动致动器，可以在致动器上省去电学和/或电子部件。

在这种情况下，由磁性形状记忆材料构成的SM元件可以是与待移动的元件连接的SM元件中的一个和/或至少一个SM元件。

如果在致动器的其他实施例中以相对的方式操作SM元件，则至少一个SM元件的力作用可以由至少一个其他SM元件的力作用来部分地补偿，因此可以很大程度上避免超过期望位置的驱动。

代替以相对的方式操作的SM元件或者除此以外，可以提供与至少一个SM元件起对抗起作用的至少一个弹簧元件。

在其他实施例中，致动器可以具有至少两个SM元件，其布置为使得它们相应的定向力作用至少部分地彼此相对。相对的SM元件可以以相对的方式操作。例如，如果在SM元件的一个中带来收缩，则作为补偿在相对的SM元件中引起延伸。

在其他实施例可选项中，SM元件以如下方式来对准，其力作用没有精确地彼此反向定向。通过这样的实施例，连接到两个SM元件的待移动的元件在所有空间方向上、以局部方式是可移位的并且绕至少一个旋转轴线是可倾斜的。

为了致动由磁性形状记忆材料构成的SM元件并且带来SM元件的形状变化，产生磁场的至少一个线圈布置为使得在致动器的其他实施例中，磁场的磁场线横向于由磁性形状记忆材料制成的至少一个SM元件的发生的定向力作用来延伸。

有利地，通过磁场，SM元件的非接触式致动是可能的。

致动器可以是布置(例如机械布置或光学布置)的组成部件。在此，布置具有在其侧面的至少一个处定界位移路径的壁，例如外壳或管的壁。此外，存在由磁导材料制成的导体，其中导体在其长度的至少一部分之上延伸到壁中，并且导体连接到SM元件中的至少一个，使得导体中引导的磁场线与SM元件相互作用。倘若相互作用足够强大，则由此引起力作用。

这样的实施例的优点在于小空间需求以及致动器的稳健实施例。作为示例，这样的实施例可用于沿着例如光学设备的光轴移位光学镜头。

特别地，光学设备是物镜。在其它实施例中，光学设备还可以是光学工作台、光学器具的束路径的部分、例如光学测量器具的或显微镜的束路径的部分。光学设备还可以实施为电影镜头、照相机镜头、望远镜瞄准镜、双目望远镜或单目望远镜。

致动器可以布置在光学设备中，以便于将光学元件(例如光学透镜)移动到那里。

根据现有技术，例如，由从光学组装件移位到外部的并且通过电动马达操作的驱动器先前带来了，在光学设备的内部中(例如物镜或其他光学或光机组装件中)的移动。

具有集成的致动器的实施例有利地避免了例如需要大量空间的可用的光学或光机组装件的实施例。此外，通过根据本发明的致动器可产生的致动力大于例如通过小型化压电驱动器可实现的致动力。

待移动的元件可以是保持件或安装件，其中保持或者可以保持待调整的部件(例如一个或多个光学透镜、光阑、滤光器、传感器或光栅)。

待移动的元件还可以具有单片实施例，并且其自身是待调整的部件。作为示例，待移动的元件可以是具有孔径的板。待移动的元件还可以是一个或多个透镜、光阑和/或棱镜系统(特别是正像的系统)。

还可以存在至少两个待移动的元件，所述元件实施为光学上自由形式的元件。作为示例，Alvarez板各实施为，所述Alvarez板旨在相对于彼此移动。Alvarez板的移动特别地需要在严格限制的安装空间中非常精确的移动。

此外，目的由以下调整设备来实现：该调整设备包括评估单元，其用于评估待移动的元件和/或SM元件的当前空间坐标，该当前空间坐标包含空间中的坐标和相对的空间取向。此外，存在根据评估的当前空间坐标生成控制命令的控制单元。作为示例，空间坐标可以是二维坐标和/或空间中的坐标和/或相对的空间取向，例如待移动的元件的空间坐标以及光学布置(例如显微镜、测量器具、在手术或治疗方法中使用的器具、照明设备或曝光设备的)的当前束路径的轮廓的空间坐标。

在设备的发展的实施例中，评估单元和/或控制单元(其可以一起被称为控制单元)配置为，根据操作参数的输入的测量值和/或根据操作设备的可选择的模式、基于计算规定生成控制命令。

作为示例，计算规定是由控制单元可访问的储存的查找表或数学函数，该计算规定预先确定了在测量值和待生成的控制命令之间的关系。

作为示例，例如针对在样品上执行测量，操作的模式为使用不同波长或波长范围。

在其他实施例中，设备可以实施为使得控制单元经由数据链路连接到至少一个其他部件，并且控制单元配置为根据从至少一个其他部件接收的数据来生成控制命令。

致动器、布置和设备可以例如用在诸如任何类型的显微术系统(例如激光扫描显微镜、电子显微镜和宽场显微镜)的光学系统中。

在相同实施例或不同实施例中，布置可以具有根据本发明的多个致动器。

在布置的其他实施例中，存在致动器可以在互不相同的方向X、Y和/或Z上是可调整的。此外，根据本发明的致动器可以与固定安装的部件(例如光学透镜、光阑和/或滤光器)组合。

例如，通过调整设备，致动器的校正调整(一个或多个)待移动的元件的可能性被指定。可以径向地且轴向地实现所需的调整。

在光学部件(例如由于培养结构)的不可接近性的情况下，根据现有技术的调整必须由来自外部的马达来驱动，然而根据本发明的调整设备在光学部件的内部中提供驱动器。有利地，已经避免了将致动器移位到光学部件的外部。

致动器可以用于将物镜的部件移动到位。致动器还可以用于调整包括针孔、光阑或校正反射镜的待移动的元件。致动器的其他可能的用途在于彼此之间调整至少两个光学元件。光学元件可以是光学自由形式的元件，例如Alvarez板、光学透镜和/或传感器。

致动器和/或调整设备可以用于调整传感器。

于是待移动的元件和以其抓住或保持的待调整的元件(以简化方式一起被称为待移动的元件)通过致动器以控制的方式来移动。为此，例如借助于实际测量值与预期测量值相比较，可以捕获并且评估传感器的实际测量值。根据比较的结果，生成控制命令。

作为示例，测量值是通过SMA元件的电阻测量可捕获的。在其他实施例中，替代地或附加地借助于图像评估方法来确立测量值。

如果实际测量值与预期的测量值的偏差保持在可容许的公差极限内，则控制命令的生成可以被省略。

所提出的解决方案(特别是致动器、其用途和调整方法)有利地允许以高精度和非常良好的再现性通过小距离来调整一个或多个待移动的元件。在极小可用的安装空间和极少花费的情况下，所述的解决方案促进了致动器用于结构上困难的条件下。

有利地，工具访问不是必要的。现场调整(即在时间上紧密观察下的调整)是可能的。设备可以以完全组装的状态来调整，所以重新拆卸和/或后处理不是必要的。

其他优点在于，例如经由网络而不需要服务技术人员的直接出现的情况下，这能够实现在客户处执行原地调整的可选项。自然地，还可以由服务技术人员在原地执行调整。

设备(特别是控制单元)可以用采取后调整的方式来配置，如在运输设备之后或在使用了一段时期之后，该后调整可以是必要的。为此，设备的出厂状态可以储存在控制单元的存储器中或与其连接的存储器中，在后调整期间核查或重新确立所述出厂状态。

此外，控制单元还可以配置为，使得根据外部影响来实现设备的优化，即其性能指标，诸如将待移动的元件移动到期望的预期位置的分辨率或精度。

因此，可以捕获当前室温的测量值。储存的计算规定用于生成控制命令，以便于补偿温度变化的可能效应，例如设备和/或致动器的部件的长度的变化。

布置或设备同样地可以与其他系统部件一起使用。根据其他实际出现的系统部件，可以选择和/或修改计算规定。

下面基于示例性实施例和附图更详细地解释本发明。附图中：

图1a示出了由记忆合金制成的形状记忆元件，及其在形变和加热时的行为的示意图；

图1b示出了由磁性形状记忆材料制成的形状记忆元件，及其在不同的磁场影响下的行为的示意图；

图1c示出了由介电弹性体作为形状记忆材料来制成的形状记忆元件，及其在电场中的行为的示意图；

图2a以横向图示出了根据本发明的致动器的第一示例性实施例的示意图；

图2b以侧视图示出了根据本发明的致动器的第一示例性实施例的示意图；

图3示出了根据本发明的具有作为夹紧元件的形状记忆元件的致动器的第二示例性实施例、和调整待移动的元件的设备的第一示例性实施例的示意图；

图4示出了根据本发明的具有多个致动器的光学设备的示例性实施例的纵向截面的示意图，同时该光学设备实施为根据本发明的调整待移动的元件的设备的第二示例性实施例；

图5a以平面图示出了根据本发明的致动器的第三示例性实施例、和根据本发明的设备的第三示例性实施例的示意图；

图5b以横截面图示出了根据本发明的致动器的第三示例性实施例、和根据本发明的设备的第三示例性实施例的示意图；

图6a以平面图示出了根据本发明的致动器的第四示例性实施例、和根据本发明的设备的第四示例性实施例的示意图；

图6b以横截面图示出了根据本发明的致动器的第四示例性实施例、和根据本发明的设备的第四示例性实施例的示意图；

图7示出了根据本发明的致动器的第五示例性实施例、和根据本发明的设备的第五示例性实施例的示意图；

图8示出了根据本发明的致动器的第六示例性实施例、以及根据本发明的设备的第六示例性实施例和根据本发明的布置的示例性实施例的示意图；

图9示出了根据本发明的致动器的第七示例性实施例、和根据本发明的设备的第七示例性实施例的示意图；

图10示出了根据本发明的设备的第八示例性实施例的示意图，该设备具有根据第七示例性实施例的致动器；

图11示出了根据本发明的设备的第九示例性实施例的示意图，该设备具有根据第八示例性实施例的致动器；

图12示出了根据本发明的设备的第十示例性实施例的示意图，该设备具有根据第九示例性实施例的致动器；

图13示出了根据本发明的设备的第十一示例性实施例的示意图，该设备具有根据第七和第九示例性实施例的致动器；

图14示出了根据本发明的设备的第十二示例性实施例的示意图，该设备具有根据第十示例性实施例的致动器；

图15a以平面图示出了根据本发明的设备的第十二示例性实施例的示意图，该设备具有根据第十示例性实施例的致动器；

图15b以侧视图示出了根据本发明的设备的第十二示例性实施例的示意图，该设备具有根据第十示例性实施例的致动器；

图16以作为截面图的侧视图示出了根据本发明的设备的第十三示例性实施例的示意图，该设备具有连接载体和待移动的元件的磁体；

图17以平面图示出了根据本发明的设备的第十三示例性实施例的示意图，该设备具有径向有效的SM元件；以及

图18示出了根据本发明的设备的第十四示例性实施例的示意图，该设备具有感应测量位置的传感器。

如果没有特殊说明，则在示例性实施例的示意图中由相同附图标记来标记相同技术元件。附图未按比例绘制。图1a至1c来自网站http：//www.smarthoch3.de/ueber-smart3/smart-materials(截至2016年5月30号)，并且补充了附图编号和附图标记。图2至15b示出为截面图或部分截面。

图1a的局部图(1)至(4)中示出了由热形状记忆合金制成的形状记忆元件7(下文：SM元件7)的性质。SM元件1具有初始形式中的某一晶格结构(局部图(1))。如果例如由机械力作用将SM元件7带至修改的形式(局部图(2))，则其晶格结构至少在区域中被修改。如果激励(在所示的情况中为热量)作用在形变的SM元件7上(局部图(3))，则SM元件重新采用其初始形式(局部图(4))。如果SM元件7再次冷却，则重新建立原始晶格结构。

磁性形状记忆材料(图1b)还表现为如上文解释的。SM元件7的形状发生变化取决于在SM元件7上作用的磁场的方向和强度，如关联的磁场线MFL所示(参见图5至7).

所谓的介电弹性体致动器实质上由介电弹性体构成。如果介电弹性体暴露于电场，则在DEA的形式和/或尺寸中发生变化(图1c)。

作为基本部件，致动器1包括待移动的元件6、载体5和至少一个SM元件7，其中SM元件7连接到待移动的元件6并且实施为支撑在载体5上(图2a)。

第一SM元件7.1和第二SM元件7.2出现在根据本发明的致动器1的第一示例性实施例中。待移动的元件6实现为光学透镜20的安装件。净空间15位于在待移动的元件6和载体5之间的待移动的元件6的周围，载体5在此由管18(考虑到其他可能的实施例，更通常由外壳18)来形成。SM元件7.1、7.2布置在净空间15中。

由于SM元件7.1和/或7.2的在它们维度中的至少一个上的范围发生变化，定向力作用F被施加在待移动的元件6上(通过双向箭头标记)，该定向力作用使待移动的元件6在XY平面XY中是可移位的，并且光学透镜20关于(未更加详细示出的)光学布置2的光轴4(在Z轴Z方向上延伸)是可调整的。

在致动器1的其他实施例可选项中，SM元件7.1和7.2布置并且实施为，使得在Z轴Z的方向上产生力作用F，并且待移动的元件6与光学透镜20一起沿着光轴4是可调整的。

在其他实施例中，通过SM元件7.1、7.2，待移动的元件6的位移在XY平面XY中和Z轴Z的方向上是可以实现的。

图3示出了根据本发明的具有SM元件7.1和夹紧元件8的致动器1的第二示例性实施例，该SM元件7.1沿着光轴4调整待移动的元件6并且该夹紧元件8通过SM元件7K来驱动。在根据图3的示例性实施例中，由SM元件7K自身形成的夹紧元件8直接连接到待移动的元件6。

通过第一SM元件7.1，待移动的元件6沿着与光轴再次重合的Z轴Z是可移位的。SM元件7K的力F作用是以正交方式定向或可定向到第一SM元件7.1的在待移动的元件6上的力作用F的方向。第一SM元件7.1支撑在外壳18上形成的载体5上。

在所示的示例性实施例中，SM元件7K是由磁性形状记忆的材料制成的MSM-SM元件。SM元件7.1实质上由形状记忆合金构成并且是可热致动的。

在其他实施例中，SM元件7.1和SM元件7K各可以包括可受热控制的形状记忆材料、可磁性控制的形状记忆材料或作为形状记忆材料的介电弹性体。

除非有些明确陈述，则SM元件7的形状记忆材料或夹紧元件8的SM元件7K的形状记忆材料的对应的互换性适用于本发明的所有描述的实施例。

存在评估单元9和控制单元10，以控制SM元件7.1和7K的移动和力作用F。通过控制单元10，SM元件7.1和7K可独立于彼此被致动。在此，借助于例如具有一定的振幅且具有一定的电压的电流流过SM元件7.1、7K中的每一个来实现致动。SM元件7.1、7K中的至少一个维度发生变化，是因为相应的SM元件7.1、7K的欧姆电阻和在过程中产生的热。

通过本领域技术人员已知的适合的测量电路11或通过传感器11，可捕获SM元件7.1、7K中的每一个的当前长度和当前欧姆电阻。将过程中获得的测量值传输到评估单元9，评估单元继而以适合于数据传输的方式连接到控制单元10，并且可以实施为其组成部件或子单元。评估单元9配置为评估例如SM元件7.1、7K的当前空间坐标及其当前延伸状态、光学布置2的束路径的当前空间位置和/或待移动的元件6的关于当前束路径的当前相对取向。

致动器1、评估单元9和控制单元10是调整待移动的元件6的设备3的基本元件，图3示出了该设备3的第一示例性实施例。

例如，根据由评估单元9传输的测量值和/或根据评估单元9的评估结果，并且可选地通过使用诸如室温的其他测量值，控制单元10生成并且输出控制信号以致动SM元件7.1、7K。由当前束路径或其当前轮廓来指定光学布置2的光轴4。

在在此未示出的设备中执行控制命令，并且带来了SM元件7.1、7K的对应的电流流动和/或温度变化。

可以沿着光轴4调整待移动的元件6。如果待移动的元件6通过第一SM元件7.1沿着Z轴Z进行调整并且位于当前的调整位置，则生成并且执行SM元件7K的控制命令，于是待移动的元件6由SM元件7K的力作用F被按压抵靠载体5并且在夹紧的位置中保持在当前调整位置处。

图4示出了根据本发明的具有多个致动器1的光学设备3的第二示例性实施例。同时，形式为物镜19的光学设备3实现为根据本发明的设备3，以调整待移动的元件6。

实施为前置透镜的光学透镜20的安装件17和管状载体5布置在外壳18中。在载体5中，四个待移动的元件6.1至6.4形式为光学透镜20的安装件，其沿着光学布置2的光轴4串接。SM元件7.1和7.2以及7.3和7.4分别位于分别待移动的元件6.1和6.2以及6.2和6.3之间。通过相应SM元件7.1至7.4，待移动的元件6.1至6.3在布置2的光轴4的方向上、Z轴Z方向上是可调整的。

待移动的元件6.4直接地连接到SM元件7.5和7.6，并且在XY平面XY中是可调整的。

在其他实施例中，第一至第三待移动的元件6.1至6.3中的一些或者全部可以配备有夹紧元件8(参见图3)。例如，作为第一至第三待移动的元件6.1至6.3的夹紧元件8的替代例或除此以外，在其他的实施例中，第四待移动的元件6.4可以配备有如图5b所述的夹紧元件8。

图5a示出了根据本发明的致动器1的第三示例性实施例和根据本发明的设备3的第三示例性实施例沿着光轴4的平面图。

待移动的元件6经由四个SM元件7.1至7.4直接连接到用作载体5的外壳18。

为了清楚起见而在图5中省略了的其他元件，可以在致动器1和设备3的第三示例性实施例的横向截面图中看到。

待移动的元件6并且因此光学透镜20在XY平面XY中是可调整的。当达到当前调整位置时，通过由SM元件7K驱动的夹紧元件8，在轴线方向(即在Z轴Z的方向)上将待移动的元件6按压抵靠外壳18的用作光阑14的部分，并且所述元件保持在当前调整位置(夹紧的位置)处。

SM元件7.1至7.4由可磁性控制形状记忆的材料构成(MSM-SM元件)。

产生磁场的第一线圈16.1和第二线圈16.2以径向方式围绕外壳18布置。选择线圈16.1、16.2的取向及穿过其流动的电流，使得磁场线MFL横向于SM元件7.1至7.4的发生的定向力作用F延伸。

由磁场的效应、特别地由其强度和方向以非接触的方式致动SM元件7.1至7.4。在此，穿过外壳18实现致动，所以在外壳18的壁13中不需要开口。

在此，本领域技术人员意识到磁场的磁场线MFL沿着弯曲的轨迹线。本领域技术人员理解所提供的简化的说明书并且选择线圈16.1、16.2及其布置，以从技术角度可以合理使用的程度使得前述效应发生在SM元件7.1至7.4上。

在根据本发明的致动器1和根据本发明的设备3的其他实施例中，SM元件7.1至7.3(图6a和6b)布置为使得其力作用F在Z轴Z的方向上关于光轴4同轴地发生。SM元件7.1至7.3由可磁性控制形状记忆的材料构成(MSM-SM元件)。

两个线圈16.1和16.2各布置在平行于光轴的平面中。由线圈16.1或16.2产生的或可产生的磁场的磁场线MFL再次横向于SM元件7.1至7.3的力作用F延伸，尽管现在是在Y轴Y的方向上并且因此横向于光轴4。

通过磁场，在SM元件7.1至7.3中发生或者能够发生的尺寸的变化(特别是SM元件7.1至7.3的长度的变化)可以用于沿着Z轴Z调整待移动的元件6。附加地或替代地，分别以倾斜角和绕X轴X和/或绕Y轴Y可以产生待移动的元件6的倾斜移动。

图7示出了致动器1和设备3的其他实施例，其表示了关于图6b所述的实施例的修改例。

各保持光学透镜20的两个待移动的元件6沿着光轴4布置在外壳18中。两个SM元件7.1、7.2(其的力作用F平行于光轴4定向)布置在待移动的元件6之间。SM元件7.1、7.2布置在实施为安装件的待移动的元件6之间，并且被支撑在待移动的元件6中的一个上，而在相应另一个待移动的元件6中承载SM元件7.1、7.2。

线圈16.1和16.2布置为，使得由线圈16.1、16.2所产生的磁场的磁场线MFL横向于光轴4以及SM元件7.1、7.2的力作用F延伸。

通过致动器1，两个待移动的元件6彼此之间沿着光轴4是可调整的。磁场的效应或线圈16.1、16.2的磁场的效应适用于穿过外壳18的壁13。

待移动的元件6中的一个牢固地连接到外壳18，而其它待移动的元件6沿着光轴4是可移位的。经由牢固地连接到外壳18的待移动的元件6，SM元件7.1、7.2间接地连接到用作载体5的外壳18。

图8示意性示出了根据本发明的致动器1的第六示例性实施例和根据本发明的设备3的第六示例性实施例。

所示的布置2包括具有SM元件7的致动器1，SM元件7突出到外壳18的第一壁13.1中。

由外壳18及其在平行于光轴4的外壳18的侧面的壁13.1、13.2(仅示出了这两壁)定界了横向于光轴4的位移路径。

由磁导材料制成的导体12已经以U形方式引入到第一壁13.1中，其中导体12在其长度中的至少一部分之上延伸到第一壁13.1中并且导体12连接到SM元件7.1。由磁场线MFL表示的磁通量(其在导体12中被引导或是可引导的)与SM元件7.1相互作用并且引起力作用F。

作为示例，导体12是线圈16.1的芯的部件，并且由具有良好磁导率的材料构成。作为示例，导体12由铁芯或者由铁片制成的芯来形成。

在关于图8所示的布置2和设备3的其他实施例中，待移动的元件6连接到多个SM元件7.1至7.n。这些可以附加地或替代地促进了在光轴4的方向上的调整。此外，可以提供夹紧元件8和关联的SM元件7K。

图9中示出了根据本发明的致动器1的和根据本发明的设备3的其他可能的示例性实施例。第一和第二SM元件7.1、7.2实施为横向位移并且调整待移动的元件6。在替代的实施例中，实施为夹紧元件8的SM元件7K可以由弹簧元件21来替换。SM元件7K和弹簧元件21出现在其它实施例中。作为示例，弹簧元件21横向于第一SM元件7.1用作夹紧元件8，并且SM元件7K横向于第二SM元件7.2起作用。力(特别是夹紧力)下面还标记为Fcoil，在该力产生时涉及至少一个弹簧元件21，或者根据实施例的替代例可以涉及至少一个弹簧元件21。载体5各围绕SM元件7.1或7.2中的一个以及SM元件7K和/或弹簧元件21的部件中的相应的一个。

这样的实施例的优点在于可能减少活动的SM元件的数目。通过(一个或多个)弹簧元件21将弹簧力Fcoil连同发生的摩擦力定向到待移动的元件6上，该弹簧力足够大以阻止待移动的元件6的失调。SM元件7.1、7.2设计为，使得这可以发展可以克服弹簧力Fcoil的力作用F并且促进了待移动的元件6的精确且可控制的调整。

如果由SM元件7K来实现夹紧元件8，则产生或可产生的力作用Fcoil还可以大于第一和第二SM元件7.1、7.2的可产生的力作用F。

图10示出了并且借助于关于图9所述的示例性实施例的四个致动器1来实现形式为光学系统的设备3的其他实施例，例如填充漏斗，在外壳18中该四个致动器1沿着光轴4一个堆叠在另一个之上。净空间15各出现在光学透镜20之间。以堆叠的方式布置的致动器1横向于光轴4是可移位的并且可调整的。致动器1的不同数目(例如两个、三个或五个)可以出现在设备3的其他实施例中。

在设备3的其他实施例中，出现的致动器1在互不相同方向X、Y和/或Z上是可调整的。

此外，根据本发明的致动器1可以与固定安装的部件(例如光学透镜、光阑和/或滤光器)组合。

在图11所示的设备3的修改例中，关于图9所述的示例性实施例的四个致动器1沿着光轴4一个堆叠在另一个之上。横向于光轴4并且与后者背离，载体5中的每一个具有延伸的壁区域5.1(活动的对准堆叠安装件)。与延伸的壁区域5.1相邻布置的致动器1彼此邻接，并且通过在此示意性示出的相应一个紧固构件，优选地以可拆卸的方式彼此相连接。实现的设备从而表示了由多个活动的对准堆叠安装件制成的光学系统。

图12示出了致动器1和设备3的其他可能的实施例，其中第一和第二SM元件7.1、7.2彼此相对地布置在待移动的元件6上。作用方向(即第一和第二SM元件7.1、7.2的力作用F发生的方向)平行于光轴4延伸。SM元件7K横向于光轴4布置，该SM元件7K的夹紧效应——关联的夹紧力被表示为Fcoil——正交于光轴4定向。由于活动的和足够大夹紧力Fcoil，待移动的元件6被按压抵靠载体5的与SM元件7.1、7.2和7K相对的部件。

图13以包括布置2的设备3的形式示出了关于图12所述的致动器1的用途，该布置2实施为例如物镜19的光学系统。用作公共基底的例如外壳18的壁13上，关于图9所述的致动器1和关于图12所述的致动器1沿着光轴4以交替的方式分别布置。根据致动器1的实施例，单独致动器1的光学透镜20横向于光轴4或在光轴4的方向上是可调整的。

根据图14的设备3和致动器1的示例性实施例在其基本设计的方面对应于关于图9所述的实施例可选项，其中夹紧元件8由弹簧元件21来形成。SM元件7.1和7.2由可磁性控制形状记忆的材料构成(MSM-SM元件)。产生磁场的第一线圈16.1和第二线圈16.2以径向方式围绕外壳18布置。选择线圈16.1、16.2的取向及穿过其流动的电流，使得磁场线MFL横向于SM元件7.1至7.4的发生的定向力作用F延伸。

由磁场的效应、特别地由其强度和方向以非接触的方式致动SM元件7.1至7.4。在此，穿过外壳18实现致动，所以在外壳18的壁13中不需要开口。

图15a和15b示意性示出了用于5维调整的设备3的示例性实施例。除了侧向(即横向)于光轴4作用的SM元件7.1至7.3，平行于光轴4作用的三个其他SM元件7.4至7.6出现在图15a的平面图中。

如可以从图15b的示意性侧视图中获悉，横向作用的SM元件7.1至7.3——由于截面图只可以看到SM元件7.1——发展了与光轴4正交的力作用F。通过其他SM元件7.4至7.6，与光学透镜20一起的待移动的元件6沿着光轴4是可移位的，并且可以附加地关于X轴X倾斜倾斜角和/或关于Y轴Y倾斜倾斜角

图16示出了定位系统，其中待移动的元件6在其面向载体5的侧面上具有磁体22。载体5由磁性材料构成，所以待移动的元件6和载体5通过磁体22和载体5之间的磁力Fmag来彼此连接。待移动的元件6和载体5沿着接触面23接触，而磁体22不会直接地与载体5接触。待移动的元件6的当前位置可以通过传感器11来捕获，其测量值由评估单元9来评估并且被传输到控制单元10。根据评估单元9所提供的数据，控制单元10产生并且发布了用于致动SM元件7的控制命令。SM元件7、7.1、7.2可以布置在载体5和待移动的元件6之间。

在其他实施例中，SM元件7还可以实现为线或条，并且从径向(即实质上横向于光轴4)对待移动的元件6起作用(图17)。在此，实施为条的SM元件7.1、7.2被铰链在载体5上，并且通过控制单元10是可致动的。经由待移动的元件6的相应突出物6.1，SM元件7.1、7.2对待移动的元件6起作用。根据相应的SM元件7.1、7.2的长度的变化，待移动的元件6和光学透镜20实质上在与光轴4正交的平面中移位(由双向箭头标记)。

其他SM元件7(其促进了待移动的元件6的在XY平面中的致动式移动)可以出现在设备的其他实施例中。可选项由像图17中所示的布置的沿着光轴4出现的其他布置来构成，然而所述其他布置关于第一布置绕过例如90°的角度来布置。以这种方法，待移动的元件6和光学透镜20可以实质上由布置中的一个沿着X轴X并且实质上由另一布置沿着Y轴Y来调整。彼此之间旋转的至少两个这样的布置的相互作用促进了在相应可实现的行程的范围内，待移动的元件6的在XY平面中的可自由定位性。

三个、四个或更多个SM元件7还可以布置在平面中，待移动的元件6通过其相互作用在XY平面中是可调整的。

此外，SM元件7可以布置在沿着光轴4(在Z轴Z的方向上)的不同平面的布置中。

定位如上所述通过传感器11(未示出)、评估单元9和控制单元10来实现。

图18示意性示出了实施为定位系统的发明的示例性实施例。感应线圈彼此之间各以120°角来布置为载体5上的传感器11。待移动的元件6的材料的至少一部分由导电材料构成，所以待移动的元件6的当前位置(实际位置)通过传感器11是可确立的。该当前位置可以由每个传感器11和待移动的元件6之间的相应距离D来描述。距离D由双向箭头来示意性地阐明。

如果距离D中的至少一个发生变化，则在相应传感器11处的电感和/或捕获的阻抗也发生变化。这些变化传输到电感到数字变换器24并且由其来变换，然后变换的数据传输到评估单元9。通过控制单元10，根据由评估单元传输的数据，可以致动SM元件7、7.1、7.2、7.3。待移动的元件6的当前位置与期望位置(预期位置)的确定的偏差可以由SM元件7、7.1、7.2、7.3的适当的致动进行补偿。

附图标记

1 致动器

2 光学布置

3 设备

4 光轴

5 载体

5.1 (载体5的)延伸的壁区域

6 待移动的元件

6.1 突出物

7 SM元件

7.1 第一SM元件

7.2 第二SM元件

7.3 第三SM元件

7.4 第四SM元件

7K (夹紧元件8的)SM元件

8 夹紧元件

9 评估单元

10 控制单元

11 测量电路/传感器

12 导体

13 壁

13.1 壁

13.2 壁

14 光阑

15 净空间

16.1 第一线圈

16.2 第二线圈

17 安装件

18 外壳/管

19 物镜

20 光学透镜

21 弹簧元件

22 磁体

23 接触面

24 电感到数字变换器

MFL 磁场线

D 距离

F 力作用

Fcoil (弹簧元件21的)力作用

Fmag 磁力

X X轴

Y Y轴

Z Z轴

XY XY平面

XZ XZ平面

YZ YZ平面

关于X轴X的倾斜角

关于Y轴Y的倾斜角

Claims (15)

1.一种致动器(1)，沿着位移路径调整待移动的元件(6)，所述致动器(1)包括所述待移动的元件(6)、载体(5)和至少一个形状记忆元件(7、7.1至7.4)，其中所述形状记忆元件(7、7.1至7.4)连接到所述待移动的元件(6)并且实施为支撑在所述载体(5)上，使得在所述形状记忆元件(7、7.1至7.4)的范围发生变化的情况下，在所述待移动的元件(6)和所述载体(5)之间产生定向的力作用(F)。

2.根据权利要求1所述的致动器(1)，其特征在于，存在通过形状记忆元件(7K)驱动的或可驱动的至少一个夹紧元件(8)，所述夹紧元件的力作用(F)被定向到所述待移动的元件(6)上，并且由于所述夹紧元件的所述力作用(F)而将所述待移动的元件(6)夹紧抵靠邻接件，使得夹紧的待移动的元件(6)保持在夹紧的位置中。

3.根据权利要求1和2所述的致动器(1)，其特征在于，所述形状记忆元件(7、7K、7.1至7.4)中的至少一个由磁性形状记忆材料构成。

4.根据权利要求3所述的致动器(1)，其特征在于，至少一个线圈(16.1、16.2)布置为使得，出于产生磁场的目的，所述磁场的磁场线(MFL)横向于由磁性形状记忆材料制成的至少一个形状记忆元件(7K、7.1至7.4)的发生的定向力作用(F)来延伸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的致动器(1)，其特征在于，所述待移动的元件(6)和/或所述载体(5)具有至少一个磁体(22)，并且与所述磁体(22)或所述载体(5)相对的所述待移动的元件(6)至少部分地由磁性材料或彼此吸引的相反磁体(22)构成，使得磁力在所述待移动的元件(6)和所述载体(5)之间起作用，并且所述待移动的元件(6)和所述载体(5)彼此吸引。

6.一种布置(2)，包括根据权利要求1至5中任一项所述的致动器(1)，所述布置(2)包括在其侧面中的至少一个处定界所述位移路径的壁(13、13.1)和由磁导材料制成的导体(12)，其中所述导体(12)在其长度的至少部分之上延伸到所述壁(13、13.1)中，并且所述导体(12)连接到所述形状记忆元件(7K、7.1至7.4)中的至少一个，使得所述导体(12)中引导的磁场线(MFL)与所述形状记忆元件(7K、7.1至7.4)相互作用。

7.一种光学设备(3)，包括根据权利要求1至5中任一项所述的致动器(1)或根据权利要求6所述的布置(2)。

8.根据权利要求7所述的光学设备(3)，其形式为物镜(19)。

9.一种调整待移动的元件(6)的设备(3)，所述设备(3)包括根据权利要求1至5中任一项所述的至少一个致动器(1)和评估当前空间坐标的评估单元(9)、以及控制单元(10)，所述控制单元(10)根据评估的当前空间坐标生成控制命令。

10.根据权利要求9所述的设备(3)，其特征在于，所述评估单元(9)和/或所述控制单元(10)配置为，根据操作参数的输入测量值和/或根据操作所述设备(3)的可选择的模式，基于计算规定，生成所述控制命令。

11.根据权利要求9或10的所述设备，其特征在于，所述评估单元(9)和/或所述控制单元(10)经由数据链路连接到至少一个其他部件，并且所述控制单元(10)配置为根据从所述至少一个其他部件接收的数据生成所述控制命令。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，包括在载体(5)和待移动的元件(6)之间的实施为感应传感器的至少一个传感器(11)，以及将由所述至少一个传感器(11)捕获的测量值数字化的电感到数字变换器(24)。

13.一种根据权利要求1至5中任一项所述的致动器(1)的用途或者根据权利要求6所述的布置(2)的用途，用于将物镜(19)的部件移动到位。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的致动器(1)的用途或者根据权利要求6所述的布置的用途，用于在光学设备(3)的束路径中调整光阑、反射元件和/或传感器(11)。

15.根据权利要求1至5中任一项所述的致动器(1)的用途或者根据权利要求6所述的布置(2)的用途，用于至少两个光学元件彼此之间的调整。