CN110031947A - 形状记忆合金致动装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及形状记忆合金致动装置。SMA致动装置包括支撑结构和通过悬架系统支撑在支撑结构上的可移动元件，该悬架系统导引相对于支撑结构沿移动方向(由一个长度段的SMA致动器线驱动)的移动。在许多应用中，需要可移动元件进行沿需要方向精确地发生的平移移动，而无旋转。

Description

形状记忆合金致动装置

本技术总体上涉及一种形状记忆合金(SMA，shape memory alloy)致动装置，其中至少一个长度段的SMA致动器线(at least one length of SMA actuator wire)驱动可移动元件相对于支撑结构的移动。

特别地，本技术涉及使用轴承布置(bearing arrangement)作为悬架系统(suspension system)，用于导引可移动元件相对于支撑结构沿移动方向的移动。在许多应用中，需要可移动元件进行沿需要方向精确地发生的平移移动，而无旋转。

例如，在可移动元件是具有沿着光轴的移动方向的透镜元件的情况下，需要这种精确的平移移动。在这种情况下，需要沿光轴精确地产生移动，因为当透镜平移时，偏差可能导致捕获的图像移动。这种偏差可能是由不可避免的制造公差引起的微小的未对齐引起的，这可能导致沿不完全垂直于图像传感器的轴线产生的平移移动或者导致在包含光轴的平面内的旋转。类似地，在垂直于光轴的平面内的旋转(即倾斜)可能是有问题的，例如，在透镜元件不完全对称的地方，或者在提供机构以在图像传感器的平面内使透镜元件移位以便提供OIS的情况下，在这种情况下，这种旋转将影响OIS性能。

在可移动元件和支撑结构之间使用包括多个轴承的轴承布置原则上可以提供合适的悬架系统，并且本技术涉及轴承的布置以提供合适的精确的平移移动。

本技术提供一种形状记忆合金致动装置，包括：支撑结构；通过悬架系统支撑在支撑结构上的可移动元件，该悬架系统包括轴承布置，该轴承布置被布置成导引可移动元件相对于支撑结构沿移动方向的移动，该可移动元件包括横向于(laterally of)移动方向从可移动元件突出的突出部；两个长度段的形状记忆合金致动器线，其连接在突出部和支撑结构之间，用于驱动可移动元件相对于支撑结构的移动，这些长度段的形状记忆合金致动器线各自相对于正交于移动方向的平面以大于0度的锐角倾斜，并且当沿移动方向观察时，它们之间的角度小于180度，其中轴承布置包括可移动元件和支撑结构之间的两个轴承，当沿所述移动方向观察时，该两个轴承抵靠突出部定位在突出部的相反两侧(oppositesides)上。

因此，本技术涉及使用连接在可移动元件上的突出部和支撑结构之间的两个长度段的形状记忆合金致动器线，用于驱动可移动元件相对于支撑结构的移动，其中这些长度段的形状记忆合金致动器线各自相对于正交于移动方向的平面以大于0度的锐角倾斜，并且当沿移动方向观察时，它们之间的角度小于180度。这类似于WO2007/113478中公开的所述长度段的SMA致动器线的布置，并且在所述长度段的SMA致动器线的功能方面提供了类似的优点。

悬架系统可以包括可移动元件和支撑结构之间的两个轴承，当沿移动方向观察时，这两个轴承抵靠突出部定位在突出部的相反两侧上。由于两个轴承在突出部上的位置，轴承接近这些长度段的SMA致动器线向透镜元件施加力的位置。这可能具有的好处是，围绕正交于包含移动方向的平面的轴线的旋转可以受到约束，因为从垂直于移动方向看，与更远定位的轴承相比，由这些长度段的SMA致动器线和由轴承施加的力之间的力偶(couple)减小。

轴承可以是滚动轴承，滚动轴承各自包括支撑结构和可移动元件上的轴承表面(bearing surfaces)以及布置在轴承表面之间的至少一个滚动轴承元件。有利的是，两个轴承包括布置在轴承表面之间的多个滚动轴承元件。当可移动元件被驱动时，这在约束围绕正交于包含移动方向的平面的轴线的旋转方面是有利的，因为轴承沿移动方向的长度增加了。

有利地，抵靠突出部定位的轴承可以包括支撑结构和可移动元件上的轴承表面以及布置在轴承表面之间的至少一个滚动轴承元件。

轴承布置可以仅包括两个轴承。在这种情况下，存在轴承允许透镜元件在正交于移动方向的平面内旋转的风险。

因此，在仅提供两个轴承的情况下，有利的是，轴承中的一个的轴承表面包括支撑结构和可移动元件中的每一个上的凹槽，而轴承中的另一个的轴承表面包括支撑结构和可移动元件中的一个上的凹槽以及支撑结构和可移动元件中的另一个上的平面表面(planarsurface)。在这种情况下，在轴承中的一个的轴承表面中的一个上设置凹槽约束了透镜元件在正交于移动方向的平面内的旋转的运动。从概念上来说，该约束可以通过考虑轴承中的一个的轴承表面上的凹槽来理解，这些凹槽约束所有自由度的运动，除了围绕穿过轴承本身的轴线的旋转和在平行于光轴的轴线上平移外，该旋转本身受到另一个轴承的约束。因为另一个轴承包括平面的轴承表面，所以在没有过度约束整个轴承布置的情况下施加该约束。

可选地，轴承布置可以包括抵靠突出部定位的两个轴承以及另一个轴承。该两个轴承可以在正交于移动方向的平面中在可移动元件上产生力偶。该另一个轴承在该另一个轴承抵抗该力偶并防止旋转的位置中抵靠可移动元件定位。例如，抵靠突出部定位的所述两个轴承的轴承表面可各自包括支撑结构和可移动元件中的一个上的凹槽以及支撑结构和可移动元件中的另一个上的平面表面，使得在正交于移动轴线的平面内的旋转被防止。类似地，该另一个轴承的轴承表面还可以包括支撑结构和可移动元件中的一个上的凹槽以及支撑结构和可移动元件中的另一个上的平面表面。

有利的是，这种轴承布置可以约束透镜元件在正交于移动方向的平面内的旋转的运动。因为另一个轴承包括平面的轴承表面，所以可以在没有过度约束整个轴承布置的情况下施加该约束。为了防止这种过度约束，轴承布置可以仅包括抵靠突出部定位的两个轴承以及另一个轴承。

本技术可应用于光学设备，其中可移动元件是包括至少一个透镜的透镜元件，其中移动方向沿透镜元件的光轴。例如，SMA致动装置可以是照相机，其中支撑结构具有安装在其上的图像传感器，并且透镜元件布置成将图像聚焦在图像传感器上。

在光学设备的情况下，由于上面所描述的原因，对透镜元件的运动的约束是特别重要的。

在所附的从属权利要求中阐述了本技术的优选特征。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本技术的实施方式，在附图中：

图1是第一SMA致动装置的透视图；

图2是第一SMA致动装置的分解图；

图3是第一SMA致动装置的侧视图；

图4至图6是用于第一SMA致动装置的不同轴承布置的平面图；

图7是用于第一SMA致动装置的可替代轴承的横截面图，该横截面垂直于轴承的移动方向截取；

图8是图7的可替代轴承的侧视图；

图9是用于第一SMA致动装置的可替代轴承的横截面图，该横截面垂直于轴承的移动方向截取；

图10是图9的可替代轴承的侧视图；

图11是第二SMA致动装置的透视图；

图12是在制造第二SMA致动装置期间的步骤的透视图；

图13是第三SMA致动装置的透视图；

图14是在制造第三SMA致动装置期间使用的支柱元件(strut element)的侧视图；以及

图15和图16是第四SMA致动装置的两种可替代形式的示意性侧视图。

广义地说，本技术涉及使用轴承布置作为悬架系统，用于导引可移动元件相对于支撑结构沿移动方向移动。在许多应用中，需要可移动元件进行沿需要方向精确地发生的平移移动，而无旋转。

使用SMA致动器线来驱动可移动元件相对于支撑结构的平移移动是已知的。SMA致动器线在微型设备中具有特殊的优势，并且可以应用于包括手持设备(例如照相机和移动电话)在内的大范围的消费电子设备中。

例如，这种SMA致动器线可以用于光学设备(例如照相机)中，以用于驱动照相机透镜元件沿其光轴的平移移动，例如以实现聚焦(自动聚焦，AF)或变焦。这种照相机可能是小的，并且成本相对较低，并提供大量功能，这些功能不仅用于拍照，还用于视频通话、扫描、物体识别、安全等。WO2007/113478、WO2009/056822和WO2017/134456中公开了这种类型的照相机的SMA致动装置的示例。

这种SMA致动器线可以类似地用于光学设备(例如照相机)中，以用于驱动照相机透镜元件横向于光轴的平移移动，例如以提供光学图像稳定(OIS)。WO2013/175197和WO2014/083318中公开了这种类型的照相机的SMA致动装置的示例。

图1和图2中示出了SMA致动装置1，该SMA致动装置1是照相机。SMA致动装置1包括支撑结构2，支撑结构2具有安装在其上的图像传感器3。

支撑结构2包括基座4，基座4是刚性板。图像传感器3固定到基座4的前侧。在图1中所示的利用霍尔传感器(Hall sensor)9控制SMA致动装置1的布置中，支撑结构2支撑固定到基座4的后侧的IC芯片5。可替代地，可以使用电阻控制来控制SMA致动装置1，在这种情况下，IC芯片5可以在SMA致动装置1的外部。如下文进一步描述的，控制电路在IC芯片5中实现。

支撑结构2还包括底架6，底架6从基座4突出，并且可以是模制部件。如下面所描述的，底架6用作各种元件的安装平台，并且还界定了在装配期间需要的任何参考特征。底架6具有与图像传感器3对齐的中心孔7。在图1中所示的布置中，支撑结构2还包括固定到底架6的外部的柔性印刷电路8。典型地，柔性印刷电路8提供VDD、GND、SCL和SDA连接焊盘(未示出)。在柔性印刷电路8上，霍尔传感器9靠近由支撑结构2支撑的磁体26被固定。

SMA致动装置1还包括防护罩(shield can)10，该防护罩10配合到基座4并覆盖下面所描述的所有其它部件，以防止物理损坏和灰尘进入。

SMA致动装置1还包括透镜元件20，在该示例中，该透镜元件20是可移动元件。透镜元件20包括透镜托架25，透镜托架25保持透镜21，但是可替代地，可以存在多个透镜。透镜21可以由玻璃或塑料制成。透镜元件20具有与图像传感器3对准的光轴O，并且被布置成将图像聚焦在图像传感器3上。透镜元件20还具有突出部22，突出部22形成在光轴O的横向突出的一侧上。

在存在霍尔传感器9的情况下，透镜元件20的透镜托架25还将相对于霍尔传感器9定位的磁体26安装在支撑结构2上，使得霍尔传感器9感测透镜元件20沿光轴O的位置。

SMA致动装置1是微型光学设备。在微型光学设备的一些示例中，透镜21(或多个透镜，当提供时)可以具有至多20mm，优选地至多15mm，更优选地至多10mm的直径。

尽管在该示例中SMA致动装置1是照相机，但这通常不是必需的。在一些示例中，SMA致动装置1可以是光学设备，其中可移动元件是透镜元件，但是没有图像传感器。在其它示例中，SMA致动装置1可以是这样一种类型的装置，即，该装置不是光学设备，并且其中可移动元件不是透镜元件并且没有图像传感器。

SMA致动装置1还包括悬架系统30，悬架系统30将透镜元件20支撑在支撑结构2上。悬架系统30构造成导引透镜元件20沿光轴O(因此，在该示例中该光轴O是移动方向)相对于支撑结构2的移动，同时限制透镜元件20在其它自由度中相对于支撑结构2的移动。悬架系统30包括轴承布置，该轴承布置将在下面更详细地描述。

SMA致动装置1还包括两个长度段的SMA致动器线40，这两个长度段的SMA致动器线40被如下布置以驱动透镜元件20沿光轴O的移动。该两个长度段的SMA致动器线40是一件(apiece)SMA致动器线41的部分，该件SMA致动器线41在每一端部处通过在相对角上固定在底架6的顶部处的压接部分(crimp portion)42连接到支撑结构2。压接部分42压接该件SMA致动器线41以提供机械连接和电连接。该件SMA致动器线41也通过钩挂在突出部22周围而连接到透镜元件20。因此，这些长度段的SMA致动器线40中的每一个在一端部处连接到支撑结构2，并且在另一端部处连接到透镜元件20。

这些长度段的SMA致动器线40具有WO2007/113478中公开类型的成角度的V形布置，如下所述。

当沿着光轴O观察时，这些长度段的SMA致动器线40在它们之间具有90度的角度，在该示例中光轴O是移动方向。更一般地，这些长度段的SMA致动器线40的定向可以改变，使得沿光轴O观察时它们之间的角度具有小于180度的任何大小，优选地在70度至110度的范围内。

此外，每个长度段的SMA致动器线40相对于正交于光轴O的平面在相同的方向上(in the same sense)且以相同的锐角θ倾斜，在该示例中光轴O是移动方向，如图3中所示。在该示例中，角度θ被选择成在相对于正交于移动方向的平面的5度、或更优选地8度的下限，到15度、或更优选地12度的上限的范围内。因此，例如与WO2007/113478相比，角度θ相对较小。这允许SMA致动装置1沿光轴O的总高度减小，因为这些长度段的SMA致动器线40沿光轴O投影的范围减小。

角度θ的这种低数值增加了增益(gain)和这些长度段的SMA致动器线40上的应变，该增益是移动量与这些长度段的SMA致动器线40的长度上的变化的比率(ratio)，该应变需要驱动信号的功率上的增大。这些因素可能使保持透镜元件20位置的稳定性变得更加困难。然而，令人惊奇地已经发现，在实践中，在SMA致动装置1中，实际上可以在这样的角度范围中保持透镜元件20的稳定性。这部分地是由于将悬架系统30形成为轴承布置(下面将更详细地描述)，因为轴承抵抗增加的横向力。这也得益于由玻璃制成透镜21，因为与使用塑料相比，额外的质量意味着来自这些长度段的SMA致动器线40的额外横向力是有利的，从而允许制造可行的设备。然而，使透镜更重将降低谐振频率，这可能导致环境振动成为一个问题。由于线角度的减小也降低了谐振频率，因此存在可接受的线角度范围的下限。

虽然在8度至12度范围内选择角度θ是有利的，但这不是必需的，并且角度θ可以选择为具有其它数值，例如超过12度或超过15度的数值。

在施加驱动信号时这些长度段的SMA致动器线40驱动透镜元件20沿光轴O移动，该驱动信号引起这些长度段的SMA致动器线40的加热和冷却。这些长度段的SMA致动器线40被驱动信号电阻式地加热，并且当驱动信号的功率降低时通过与周围环境的热传导进行冷却。这些长度段的SMA致动器线40在加热时收缩，从而驱动透镜元件20沿光轴O在第一方向上(图1和图2中向上)的移动。

SMA致动装置1还包括压缩弹簧11，该压缩弹簧11连接在支撑结构2的基座4和透镜元件20之间，并且对于这些长度段的SMA致动器线40而言充当弹性偏置元件。因此，当这些长度段的SMA致动器线40冷却时，压缩弹簧11驱动沿光轴O在相反方向上(在图1和图2中向下)的移动。因此，可以通过控制驱动信号的功率来控制这些长度段的SMA致动器线40的温度，并从而控制透镜元件20沿光轴O的位置。

在IC芯片5中实现的控制电路产生驱动信号并将它们提供给与其连接的这些长度段的SMA致动器线40。控制电路接收表示透镜元件20沿光轴O的期望位置的输入信号，并产生具有被选择用于将透镜元件20驱动到期望位置的功率的驱动信号。驱动信号的功率可以是线性的，或者可以使用脉宽调制(pulse width modulation)来改变。

可以基于感测透镜元件20沿光轴O的位置的霍尔传感器9的输出，使用闭环控制来产生驱动信号。

可替代地，可以使用电阻反馈控制技术产生驱动信号，该技术例如可以如在WO2013/175197；WO2014/076463；WO2012/066285；WO2012/020212；WO2011/104518；WO2012/038703；WO2010/089529或WO2010/029316中的任何一个中公开的来实现，这些文件中的每一个通过引用以其整体并入本文。

现在将参照图4至图6描述悬架系统30，图4至图6示出了滚动轴承31的三种不同的轴承布置。

悬架系统30包括多个滚动轴承31的轴承布置。滚动轴承31中的每一个包括支撑结构2上(特别是底架6上)的轴承表面32，以及透镜元件20上(特别是透镜托架25上)的轴承表面33。滚动轴承31中的每一个还包括布置在轴承表面之间的一个或更多个滚珠34。因此，滚珠34充当滚动轴承元件，然而作为可选方案，也可以使用其它类型的滚动轴承元件，例如滚子。

理想地，支撑结构2上的轴承表面32具有低表面粗糙度，以便最小化摩擦和动态倾斜。在一些情况下，轴承表面32是塑料模制表面则可能是足够的。更优选地，轴承表面32由金属制成。当底架6是模制元件时，这通过轴承表面32是布置在底架6中的金属嵌入件35的表面来实现。类似地，可选地或另外地，透镜元件20上的轴承表面33可以是金属表面，该金属表面形成为布置在透镜托架中的金属嵌入件的表面，该透镜托架也是模制元件。

由金属形成轴承表面32(和/或轴承表面33)赋予了滚珠34可以在其上运转的光滑表面，并且允许实现需要的动态倾斜性能。轴承表面32和轴承表面33中的缺陷可能导致动态倾斜。这种缺陷可能呈现表面曲率和表面粗糙度的形式。如果滚珠34的数量减少，或者在多个滚珠34的情况下，如果上部滚珠和下部滚珠34的接触点之间的距离减少，则轴承表面32和轴承表面33的缺陷对动态倾斜的影响增大。

轴承31的三种不同的轴承布置被布置如下。

图4中所示的第一轴承布置包括布置如下的四个轴承31a-31d。

在轴承31a-31d中的每一个中，支撑结构2上的轴承表面32是平面表面，而透镜元件20上的轴承表面33是凹槽(然而可替代地，支撑结构2上的轴承表面32可以是凹槽，并且透镜元件20上的轴承表面33可以是平面表面)。这里，以及轴承表面是凹槽的其它位置，适用以下方面。当滚珠34滚动时，轴承表面33的凹槽沿一对平行线与滚珠34产生接触。轴承表面32上的平面表面大体上平行于轴承表面33的凹槽中的接触部的该一对平行线。

由于在轴承表面32上包括平面表面，所以轴承31a-31d中的每一个限制轴承表面32和轴承表面33朝向彼此的移动，但是不限制轴承表面32和轴承表面33的横向移动。

当沿光轴O观察时，两个轴承31a、31b抵靠突出部22定位在突出部22的相反两侧上。这些轴承31a、31b包括多个滚珠34，通常为三个滚珠34，如图1和图2中所示。在设置三个或更多个滚珠34的情况下，内部滚珠34在直径上与外部两个滚珠34相比可以更小，并且用作隔离物(spacers)。

由于轴承31a、31b抵靠突出部22定位，这些轴承31a、31b靠近所述长度段的SMA致动器线40将力施加到透镜元件20的位置，这有助于限制围绕正交于包含光轴O的平面的轴线(即，图3中进入纸面的轴线和图4中横向(sideways)的轴线)的旋转。这是因为，当垂直于光轴O观察时，与位于更远处的轴承31a、31b相比，由这些长度段的SMA致动器线40和轴承31a、31b施加的力之间的力偶减小。这种效果通过在轴承31a、31b中设置多个滚珠34来改善，这增加了轴承31a、31b沿光轴O的长度。因此，动态倾斜性能取决于轴承31a、31b中的两个外部滚珠34的间距以及轴承表面32和轴承表面33的平坦度。

其它轴承31c、31d定位成靠近这些长度段的SMA致动器线40连接到底架6的位置。因此，轴承31c、31d提供了对在正交于光轴O的平面内围绕靠近压缩弹簧11的轴线旋转的限制。由于其它轴承31c、31d的主要功能是防止这种旋转，所以其它轴承31c、31d可以各自包括单个滚珠34。透镜元件20围绕该轴线的旋转在正常操作期间是不期望的，但是对于控制无动力的下落事件(unpowered drop events)是重要的。

需要另外两个轴承31c、31d，因为一般来说，抵靠正交于光轴O的平面中的突出部定位的轴承31a、31b所允许的旋转可以在任一方向上发生。然而，其它轴承31c、31d必须布置成使得两个滚珠34中仅有一个滚珠与支撑结构2和透镜元件20接触，以便不过度限制系统。

因此，在第一种轴承布置中，四个轴承31a-31d用于防止旋转，但是该设计需要具有严格公差的数个部件，以便能够在不受过度限制的情况下来装配。第二轴承布置和第三轴承布置提供了简化的设计，由于减少的部件数量，该简化设计提供了宽松的公差和易于装配。

图5中所示的第二轴承布置仅包括两个轴承31a、31b。对于第一轴承布置中的相应轴承31a、31b，当沿光轴O观察时，这些轴承31a、31b抵靠突出部22定位在突出部22的相反两侧上，并且包括多个滚珠34，通常为三个滚珠34。在设置三个或更多个滚珠34的情况下，内部滚珠34在直径上与外部两个滚珠34相比可以更小，并且用作隔离物。这样，这些轴承31a、31b有助于限制绕正交于包含光轴O的平面的轴线的旋转，并且对第一轴承布置中的相应轴承31a、31b关于这种效果的上述解释同样适用于第二轴承布置。

然而，与用于限制在正交于光轴O的平面内旋转的第一轴承布置相比，轴承31a、31b的轴承表面32和轴承表面33被改变。特别地，在轴承31a中，支撑结构2上的轴承表面32和透镜元件20上的轴承表面33各自是凹槽。在滚珠34滚动时，轴承表面32的凹槽和轴承表面33的凹槽中的每一个沿一对平行线与滚珠34产生接触，该两对平行线彼此平行。

在另一个轴承31b中，仍然存在支撑结构2上的轴承表面32是平面表面而透镜元件20上的轴承表面33是凹槽的情况(然而可替代地，支撑结构2上的轴承表面32可以是凹槽，并且透镜元件20上的轴承表面33可以是平面表面)。

轴承31a、31b的这种非对称布置限制了透镜元件20在正交于光轴O的平面内的旋转的运动。从概念上来说，这种限制可以通过考虑轴承31a的轴承表面32和轴承表面33上的凹槽来理解，该凹槽限制除了围绕穿过轴承31a自身的轴线的旋转之外的所有自由度的运动，该旋转本身受到另一个轴承31b的限制。因为另一个轴承31b包括平面的轴承表面32，所以在没有过度限制整个轴承布置的情况下施加该约束。

图6中所示的第三轴承布置仅包括三个轴承31a-31c。如同在第一轴承布置中一样，当沿光轴O观察时，这些轴承中的两个轴承31a、31b抵靠突出部22定位在突出部22的相反两侧上，并且包括多个滚珠34，通常为三个滚珠34。在设置三个或更多个滚珠34的情况下，内部滚珠34在直径上与外部两个滚珠34相比可以更小，并且用作隔离物。这样，这些轴承31a、31b有助于限制绕正交于包含光轴O的平面的轴线的旋转，并且对第一轴承布置中的相应轴承31a、31b关于这种效果的上述解释同样适用于第三轴承布置。

然而，与第一轴承布置相比，两个轴承31a、31b是非对称布置的，使得它们在正交于光轴O的平面中将力偶施加到透镜元件20。与在正交于光轴O的平面中的旋转可以在任一方向上的第一轴承布置相比，由第三轴承布置中的两个轴承31a、31b产生的这种力偶倾向于产生特定方向上的旋转。因此，可以仅提供单个另外的轴承31c来限制该旋转，该轴承31c抵靠透镜元件20定位在其防止该旋转的位置。因为另一个轴承31c的主要功能是防止这种旋转，所以该另一个轴承31c可以包括单个滚珠34。

在该另一个轴承31c中，支撑结构2上的轴承表面32是平面表面，而透镜元件20上的轴承表面33是凹槽(然而可替代地，支撑结构2上的轴承表面32可以是凹槽，并且透镜元件20上的轴承表面33可以是平面表面)。这样，可以在不过度限制整个轴承布置的情况下施加对旋转的限制。

尽管上面描述了滚动轴承31，但是作为可替代方案，滚动轴承31可以由滑动轴承(plain bearings)代替。

在一个示例中，可以使用图7和图8中所图示的第一类型的滑动轴承41。滑动轴承41包括在支撑结构2和透镜元件20中的一个上的长形轴承表面43。滑动轴承41还包括形成在支撑结构2和透镜元件20中的另一个上的突出部45，突出部45的端部形成支承在长形轴承表面43上的轴承表面46。虽然在图8的示例中示出了两个突出部45，但是通常可以设置任意数量的一个或更多个突出部45。长形轴承表面43和轴承表面46是共形的(conformal)，在该示例中两者是平面的，从而允许透镜元件20相对于支撑结构2的相对移动。理想地，长形轴承表面43和轴承表面46具有0.2或更小的摩擦系数。

在另一个示例中，可以使用图9和图10中所示的第二类型的滑动轴承51。滑动轴承51包括位于支撑结构2和透镜元件20中的一个上的通道52，通道52的内表面形成轴承表面53。滑动轴承51包括形成在支撑结构2和透镜元件20中的另一个上的突出部55，突出部55的端部形成支承在轴承表面53上的轴承表面56。尽管在该示例中示出了两个突出部55，但是通常可以设置任意数量的一个或更多个突出部55。长形轴承表面53和轴承表面56是共形的，在该示例中两者是平面的，从而允许透镜元件20相对于支撑结构2的相对移动。理想地，长形轴承表面53和轴承表面56具有0.2或更小的摩擦系数。

在滑动轴承41和滑动轴承51中的每一个中，轴承表面43、46、53、56的材料选择成提供平滑的移动和长寿命。轴承表面43、46、53、56可以与下方的部件是一体的，或者可以由表面涂层形成。合适的材料包括例如，PTFE或其它聚合物轴承材料或金属。

可能令人惊奇的是，假设透镜元件20需要在其整个寿命中平稳地移动而无卡滞(sticking)和打滑(slipping)，那么滑动轴承能够充分地用于透镜元件20沿光轴O的导引移动的应用。然而，已经发现，滑动轴承通过将轴承在平面上和垂直于移动方向上经受的力控制在适当的范围内而充分地发挥作用。因此，与滚动轴承31相比，滑动轴承可以提供限制除了沿光轴O以外的自由度上的运动的类似功能，同时减少上述问题中的一些问题或全部问题，如下所述。

因为部件数量减少，SMA致动器装置的制造被简化，并且由于没有滚动轴承要操作，轴承的装配更容易进行。类似地，消除了滚动轴承元件在使用中由于机械限制不足而从轴承脱落的风险。

此外，滑动轴承的使用可允许SMA致动装置沿光轴的高度降低，这对于照相机和其它光学设备的小型化而言是需要的。特别地，与包括滚动轴承元件的轴承相比，轴承表面的总高度可以降低，同时提供需要的动态倾斜程度。

更一般地，滚动轴承31也可以由以下类型的轴承中的任何一种代替：宝石轴承；流体轴承；磁性轴承；挠性轴承；或者复合轴承。此外，滚动轴承31也可以由摇臂轴承或枢轴承代替，其中轴承元件在移动元件和静止元件上枢转或摇动。

现在将描述第二SMA致动装置至第四SMA致动装置。第二SMA致动装置至第四SMA致动装置中的每一个是第一SMA致动装置1的改变的型式。因此，将仅描述改变，另外第二SMA致动装置至第四SMA致动装置具有如上面所描述的第一SMA致动装置1的结构。

图11中示出了第二SMA致动装置60。在第二SMA致动装置60中，第一SMA致动装置1中的两个长度段的SMA致动器线40由单个直的SMA致动器线61代替，该直的SMA致动器线61通过固定到突出部的压接部分62连接到透镜元件20，并且通过固定到底架6的压接部分63连接到支撑结构2。压接部分62和压接部分63压接SMA致动器线61以提供机械连接和电连接两者。

SMA致动器线61具有与第一SMA致动装置1中的所述长度段的SMA致动器线40中的一个相同的构造，因此相对于正交于光轴O的平面以大于0度的锐角θ倾斜。

第二SMA致动装置60的制造与第一SMA致动装置1和WO2007/113478的成角度的V形布置两者相比得以简化，因为仅有单个长度段的SMA致动器线61，并且不需要将该SMA致动器线61钩挂在突出部22上。SMA致动器线61的倾斜保持了提供移动量的增益的优点，并且有益于使第二SMA致动装置60沿光轴O的高度最小化。

当与使用2、4或8根SMA致动器线的已知布置(其通常提供由不同SMA致动器线产生的横向力的一些平衡)相比时，SMA致动器线61产生相当大的横向力。然而，通过分析和实验已经认识到，令人惊奇的是，由于使用轴承31的轴承布置，可以通过悬架系统30充分抵消这些横向力。

第二SMA致动装置60的装配可以使用WO2016/189314中公开的方法来执行，例如，如图12中所示。该方法使用支柱元件65，该支柱元件65成形为包括牺牲支柱主体(sacrificial strut body)66和由牺牲支柱主体66保持分开的压接耳片67。

SMA致动器线61以已知的张力来放置，例如从卷轴开始，跨过压接耳片67，压接耳片67被折叠并通过闭合工具(未示出)压在SMA致动器线61上，以形成保持SMA致动器线61的压接部分62和压接部分63。然后，压接部分62和压接部分63例如通过机械方式或粘合方式分别附接到透镜元件20和支撑结构2。

之后，移除牺牲支柱主体66，留下分别附接到透镜元件20和支撑结构2的压接部分62和压接部分63。

在第二SMA致动装置60中，需要对SMA致动器线61的两端部进行电连接。这种连接在支撑结构2处是直接的，因为这是柔性电路板8所位于的位置。透镜元件20处的连接可以以任何合适的方式进行，例如通过柔性连接器或者通过SMA致动装置60的一些其它部件，例如压缩弹簧11，或者弯曲件(如果用作悬架系统30的话)。

与第一SMA致动装置1相比，第二致动装置60在沿光轴O的方向上产生一半量的力。产生与第一SMA致动装置1相同力的第三SMA致动装置70在图13中示出。

在第三SMA致动装置70中，第一SMA致动装置1中钩挂在突出部上的单件SMA致动器线41由两个长度段的SMA致动器线71代替，该两个长度段的SMA致动器线71通过固定到突出部22的压接部分72各自连接到透镜元件20，并且通过固定到底架6的压接部分73各自连接到支撑结构2。压接部分72和压接部分73压接SMA致动器线71以提供机械连接和电连接两者。

除了在突出部22处的连接方式之外，两个长度段的SMA致动器线71具有与第一SMA致动装置1中的所述长度段的SMA致动器线40相同的构造。因此，SMA致动器线71具有WO2007/113478中公开类型的成角度的V形布置，如下所述。

当沿光轴O观察时，两个长度段的SMA致动器线71在它们之间具有90度的角度，在该示例中光轴O是移动方向。更一般地，这些长度段的SMA致动器线71的定向可以改变，使得沿光轴O观察时它们之间的角度具有小于180度的任何大小，优选地在70度至110度的范围内。

此外，每个长度段的SMA致动器线71相对于正交于光轴O的平面在相同的方向上且以相同的锐角θ倾斜，在该示例中光轴O是移动方向。这些长度段的SMA致动器线71也沿光轴O定位在相同的高度处。在该示例中，角度θ被选择为相对于正交于移动方向的平面在8至12度的范围内。这提供了与在第一SMA致动装置1中使用这种角度相同的优点，并且关于第一SMA致动装置1的这方面的解释同样适用于第三SMA致动装置70。

然而，虽然在8度至12度范围内选择角度θ是有利的，但这不是必需的，并且角度θ可以选择为具有其它数值，例如超过12度或超过15度的数值。

第三SMA致动装置70的制造与第一SMA致动装置1和WO2007/113478的成角度的V形布置两者相比得以简化，因为不需要将这些长度段的SMA致动器线71钩挂在突出部22上，并且压接部分72可以各自附接到突出部22。这些长度段的SMA致动器线71的倾斜保持了提供移动量的增益的优点，并且有益于使第三SMA致动装置70沿光轴O的高度最小化。

在第三SMA致动装置70中，为了提供与两个长度段的SMA致动器线71的电连接，电连接器78设置在透镜元件20上，使得在这些长度段的SMA致动器线71之间形成电连接。在一种类型的实施方案中，两个长度段的SMA致动器线71和电连接器78可以各自是单件SMA致动器线的部分。在另一种类型的实施方案中，两个长度段的SMA致动器线71可以是单独件的SMA致动器线，并且电连接器78可以是单独的部件，例如模制到透镜托架25中的导电轨道或金属元件，该导电轨道或金属元件连接两个压接部分72，或者可替代地是与压接部分72成一体的主体。因此，可以通过压接部分73在支撑结构处进行与两个长度段的SMA致动器线71的电连接，该电连接是直接的，因为这是柔性电路板8所位于的位置。这允许通过串联的两个长度段的SMA致动器线71提供驱动信号，而不需要在透镜元件20处进行任何电连接。

第三SMA致动装置70的装配可以使用WO2016/189314中公开的方法来执行，例如，如图12中所示。

对于每个长度段的SMA致动器线71，该方法可以使用单独的支柱元件75，然后如上面所描述的，通过在第二SMA致动组件60中两次执行单根线61的装配方法来装配每个长度段的SMA致动器线71。

可替代地，该方法可以使用单个支柱元件75，该单个支柱元件75成形为包括牺牲支柱主体76和用于两个长度段的SMA致动器线71的由牺牲支柱主体76保持分开的压接耳片77。支柱元件75在电连接器78(即，弯曲线)处具有90度的弯曲，使得两个长度段的SMA致动器线71可以在它们各自的定向上被附接。

这些长度段的SMA致动器线71以已知的张力来放置，例如从卷轴开始，跨过压接耳片77，压接耳片77被折叠并通过闭合工具(未示出)压在这些长度段的SMA致动器线71之上，以形成保持这些长度段的SMA致动器线71的压接部分72和压接部分73。两个长度段的SMA致动器线71和电连接器78可以是单件SMA致动器线的部分，或者可替代地，两个长度段的SMA致动器线71可以是单独件的SMA致动器线71，并且电连接器78可以是支柱元件75的部分。

然后，压接部分72和压接部分73例如通过机械方式或粘合方式分别附接到透镜元件20和支撑结构2。

之后，移除牺牲支柱主体76，留下分别附接到透镜元件20和支撑结构2的压接部分72和压接部分73。

第三SMA致动装置70可以被修改以改变这些长度段的SMA致动器线71的构造或数量，包括通过非限制性的示例布置，其中：在SMA致动装置70的同一侧上的平行的倾斜长度段的SMA致动器线71；在SMA致动装置70的一侧上提供相反运动的交叉长度段的SMA致动器线71；或者在SMA致动装置70的相邻侧上的两对平行长度段的SMA致动器线71。

图15和图16中示出了第四SMA致动装置80的两种可替代形式。

在第四SMA致动装置80中，形成悬架系统30的轴承布置被改变，使得轴承31导引透镜元件20相对于支撑结构2沿移动方向M的移动，该移动方向相对于透镜元件20的光轴O以大于0度的第一锐角α倾斜。因此，允许透镜元件20具有垂直于光轴O的横向运动的分量。然而，这种横向运动在许多应用中可能是可接受的。此外，这具有减小通过悬架系统30传递的力的优点以及还减小增益的优点。

这些长度段的SMA致动器线40相对于光轴O以大于第一锐角α的第二锐角β倾斜。这意味着这些长度段的SMA致动器线40相对于移动方向M仍然倾斜，但是这些长度段的SMA致动器线40相对于光轴O的法线的角度θ减小。这允许减小第四SMA致动装置80的总高度，同时保持行程的程度并保持良好的控制。在第四SMA致动装置80中，决定这些长度段的SMA致动器线40的性能的关键角度不再是这些长度段的SMA致动器线40和正交于光轴O的平面之间的角度θ，而是这些长度段的SMA致动器线40和正交于透镜元件20相对于支撑结构2的移动方向M的平面之间的角度γ。因此，第四SMA致动装置80沿光轴O的尺寸不再受这些长度段的SMA致动器线40的限制。

在图15中所示的第四SMA致动装置80的第一形式中，这些长度段的SMA致动器线40在正交于光轴O的平面内延伸。在这种情况下，这些长度段的SMA致动器线40具有沿光轴O投影的最小范围。

在图16中所示的第四SMA致动装置80的第二形式中，这些长度段的SMA致动器线40相对于正交于光轴O的平面以大于0度的角度θ延伸。在这种情况下，这些长度段的SMA致动器线40具有沿光轴O投影的范围，但是这可以通过调节角度θ来控制，以配合在SMA致动装置的一些其它部件的尺寸限制内。例如，沿光轴O方向投影的这些长度段的SMA致动器线40的范围可以布置成与沿光轴O方向投影的轴承31的轴承布置的范围相同或更小。

本领域技术人员应理解，尽管已描述了被认为是最佳模式的前述内容，并且在适当的情况下执行本技术的其它模式，但是本技术不应限于本说明书中公开的优选实施方式的具体构造和方法。本领域技术人员应认识到，本技术具有广泛的应用范围，并且在不脱离所附权利要求所限定的任何发明构思的情况下，实施方案可以进行宽范围的修改。

Claims (13)

1.一种形状记忆合金致动装置，包括：

支撑结构；

可移动元件，其通过悬架系统支撑在所述支撑结构上，所述悬架系统包括轴承布置，所述轴承布置被布置成导引所述可移动元件相对于所述支撑结构沿移动方向的移动，所述可移动元件包括突出部，所述突出部横向于所述移动方向从所述可移动元件突出；

两个长度段的形状记忆合金致动器线，其连接在所述突出部和所述支撑结构之间，用于驱动所述可移动元件相对于所述支撑结构的移动，所述长度段的形状记忆合金致动器线各自相对于正交于所述移动方向的平面以大于0度的锐角倾斜，并且当沿所述移动方向观察时，所述长度段的形状记忆合金致动器线之间的角度小于180度，

其中所述轴承布置包括所述可移动元件和所述支撑结构之间的两个轴承，当沿所述移动方向观察时，所述两个轴承抵靠所述突出部定位在所述突出部的相反两侧上。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承是滚动轴承，每个滚动轴承包括所述支撑结构和所述可移动元件上的轴承表面以及设置在所述轴承表面之间的至少一个滚动轴承元件。

3.根据权利要求2所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承包括设置在所述轴承表面之间的多个滚动轴承元件。

4.根据权利要求2或3所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承布置仅包括所述两个轴承。

5.根据权利要求4所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承中的一个的轴承表面包括所述支撑结构和所述可移动元件中的每一个上的凹槽，并且所述轴承中的另一个的轴承表面包括所述支撑结构和所述可移动元件中的一个上的凹槽以及在所述支撑结构和所述可移动元件中的另一个上的平面表面。

6.根据权利要求2或3所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承布置包括所述两个轴承和另一个轴承，所述两个轴承布置成在正交于所述移动方向的平面中在所述可移动元件上产生力偶，并且所述另一个轴承在所述另一个轴承抵抗所述力偶的位置中抵靠所述可移动元件定位。

7.根据权利要求6所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述轴承布置仅包括所述两个轴承和所述另一个轴承。

8.根据权利要求6或7所述的形状记忆合金致动装置，其中：

所述两个轴承的轴承表面各自包括所述支撑结构和所述可移动元件中的一个上的凹槽以及所述支撑结构和所述可移动元件中的另一个上的平面表面，并且

所述另一个轴承的轴承表面还包括所述支撑结构和所述可移动元件中的一个上的凹槽以及所述支撑结构和所述可移动元件中的另一个上的平面表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述两个长度段的形状记忆合金致动器线是一件形状记忆合金致动器线的部分，所述一件形状记忆合金致动器线通过钩住所述突出部周围而连接到所述突出部。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述可移动元件是包括至少一个透镜的透镜元件。

11.根据权利要求10所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述移动方向沿所述透镜元件的光轴。

12.根据权利要求10所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述支撑结构具有安装在其上的图像传感器，所述透镜元件布置成将图像聚焦在所述图像传感器上。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的形状记忆合金致动装置，其中，所述至少一个透镜具有至多20mm的直径。