CN115769120A - 致动器 - Google Patents

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安德鲁·本杰明·辛普森·布朗
詹姆斯·豪沃思
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Abstract

一种形状记忆合金(SMA)致动器，包括：支撑结构(10)；可移动部分(20)，其可相对于支撑结构移动；多于一个SMA部件(30)，其连接支撑结构和可移动部分，SMA部件是可操作的，以在两个或更多个自由度上可控地改变可移动部分的位置和/或取向；控制器(12)，其用于在正常操作期间在第一操作模式中控制SMA部件的操作和响应于事件在第二操作模式中控制SMA部件的操作；以及装置，其被构造成在第二操作模式期间用多于一个SMA部件的子集维持对可移动部分的至少部分控制。

Description

致动器
领域
本申请涉及致动器，特别是包括多个形状记忆合金(SMA)部件的致动器。
背景
WO 2011/104518 A1描述了一种致动器组件，该致动器组件使用SMA线(wires)来移动支撑在支撑结构上的可移动部分，例如以便提供光学图像稳定和/或自动聚焦(AF)。在该示例中，八根SMA线相对于名义主轴线(或光轴)倾斜布置，其中在围绕主轴线的四侧中的每一侧上布置一对SMA线。SMA线被连接成使得在收缩时两组四根SMA线提供的力具有沿主轴线的相反方向的分量，使得这些组实现沿主轴线的移动。每个组的SMA线具有围绕主轴线的2重旋转对称(2-fold rotational symmetry)，使得存在实现横向移动(lateralmovement)的彼此相对的SMA线。
概述
在微型相机中使用SMA线提供了一种控制镜头托架(lens carriage)中的移动的精确可靠的方式。然而，SMA线很脆弱，并且在微型相机的整个使用寿命中SMA线可能遭受损坏。例如，如果允许SMA线相互刮擦，SMA线可能经历大范围的磨损，或者如果SMA线受到过大的应力、高温或过度拉伸，SMA线可能断裂。在多线致动器中，对任何SMA线的损坏都可能导致相机组件无法使用。
本发明提供了一种装置(means)，用于即使一根或更多根线损坏，也维持镜头托架中的部分控制，从而继续提供相机中的全部或有限的功能。
根据本实施例的第一方面，提供了一种形状记忆合金(SMA)致动器，其包括：
支撑结构；
可移动部分，其可相对于支撑结构移动；
多于一个(plural)SMA部件，其连接支撑结构和可移动部分，该SMA部件是可操作的，以在两个或更多个自由度上控制(例如可控地改变)可移动部分的位置和/或取向；
控制器，其用于在正常操作期间在第一操作模式中控制SMA部件的操作和响应于事件在第二操作模式中控制SMA部件的操作；以及
装置，其被构造成在第二操作模式期间用多于一个SMA部件的子集维持对可移动部分的至少部分控制。
SMA致动器可以是用于相机组件或移动电话的微致动器。可移动部分可以包括具有沿着纵向轴线的光轴的镜头，其中SMA致动器为相机组件提供光学图像稳定(OIS)、自动聚焦(AF)和变焦中的一种或更多种。
SMA致动器可包括一个或更多个(例如长形的)SMA部件，该SMA部件可直接连接到可移动部分(例如镜头托架)，或经由挠性件(flexure)连接到可移动部分(例如镜头托架)。在后一种情况下，由SMA部件的收缩引起的运动可以通过挠性件传递。
SMA部件可以由任何合适的形状记忆合金材料(通常是镍-钛合金(例如镍钛诺))形成，但是这些SMA部件也可以包含诸如铜的第三组分。SMA部件可以具有适合于该应用的任何横截面轮廓和直径。例如，SMA部件可以是SMA线，每根SMA线具有25μm或30μm或35μm的横截面直径，能够产生120mN至400mN之间的最大力，同时将SMA线中的应变维持在安全限度内(例如，比原始长度减少2％-3％的长度)。将每根SMA线的直径从25μm增加到35μm使SMA线的横截面面积大约翻倍，并因此使由每根SMA线提供的力大约翻倍。
多于一个SMA部件可以包括一对SMA线、单独布置或成对布置的四根SMA线、单独布置或四根一组布置的八根SMA线。优选地，多于一根SMA线均匀地围绕可移动部分的四侧分布。优选地，SMA线围绕光轴二重或四重对称地布置。
可选地，该事件包括检测至少一个SMA部件中的异常和/或在控制器处接收命令。控制器可以基于事件选择一个或更多个所选择的SMA部件。
在正常操作期间，控制器在第一操作模式中控制可移动部分，在第一操作模式中，所有的SMA线可以通电并处于张紧状态(例如，因为SMA线是相对的)，以提供对可移动部分的“完全”控制。在检测到事件的发生时，控制器在第二操作模式中操作，以提供对可移动部分的至少部分控制。可以存在另外的操作模式，每种操作模式适合特定事件，例如特定的一根或更多根线中的异常。第二操作模式可以存储在存储器或控制器中，并且可以是出厂默认的或可通过用户输入进行调整。
例如，一根或更多根SMA线可能会损坏，或者在最坏的情况下，一根或更多根SMA线可能会折断或断裂。这样的异常可以由控制器检测到，其中测量的电阻将大大高于在正常操作期间检测到的电阻。其他异常可能包括操作期间极其高或极其低的温度，以及由于故障或有缺陷的SMA线导致的可移动部分的不正确定位。控制器可以通过电阻测量电路、诸如霍尔传感器的位置传感器和其他合适的装置中的一种或更多种来检测这样的事件。
该事件还可以包括在控制器处接收命令。该命令可以是界面处的用户输入，或者该命令可以是系统生成的输入。例如，该事件可以是针对能量守恒的命令。当接收到这样的命令时，致动器可以被置于第二操作模式，其中多于一根SMA线中的一根或更多根被禁用，以降低功耗。
在第二操作模式中，致动器维持对可移动部分的至少部分控制。例如，可移动部分在一个或更多个自由度上移动的能力可能降低，(但是在这些自由度上的移动通常仍然受到控制，例如以便限制在这些自由度上不受控制的移动)。可替代地，可移动部分可以在与第一操作模式相同的自由度上保持可移动，但是具有降低的性能，例如降低的速度或降低的移动范围。
可选地，多于一个SMA部件被分成至少两个子组，每个子组被构造成平衡相应子组中的张力，并且其中，在第二操作模式期间，控制器被配置成禁用对应于所选择的SMA部件的子组中的所有SMA部件，同时操作其余的SMA部件。例如，每个子组可以包括四个SMA部件，每个部件位于致动器的相应侧上，同时维持每个SMA部件的张力。每个子组中的SMA线可以被描述为张力组。有利地，通过禁用整个子组中的所有SMA线，这种布置可以防止倾斜或由不平衡力引起的对可移动部分的任何不期望的影响。其他子组中的SMA线可以保持操作，以提供对可移动部分的完全(或部分)控制。
可替代地，多于一个SMA部件包括成对的SMA部件，该成对的SMA部件围绕例如为光轴的轴线(其可以延伸穿过支撑结构和可移动部分)旋转对称地布置，并且其中，在第二操作模式期间，控制器被配置成禁用对应于所选择的SMA部件的一对SMA部件中的两个SMA部件，同时操作其余的SMA部件。类似地，相对地布置的SMA线可以成对地起作用，以实现可移动部分的移动。因此，通过禁用具有故障SMA线的一对SMA线，可以有利地减轻该对SMA线中的不平衡力的问题。
可替代地，并且优选地，在第二操作模式期间，控制器被配置成禁用所选择的SMA部件，同时操作其余的SMA部件。可能需要偏压元件或悬挂系统来对抗由于禁用故障的/选择的SMA部件而引起的不平衡力，以便维持该组中其余SMA部件的张力。有利地，这样的布置可以允许在所有剩余的SMA部件中的操作。
可选地，在第二操作模式期间，控制器应用与在第一操作模式期间应用的控制算法不同的控制算法。例如，保持可操作的SMA部件中的一些或所有可以不同地收缩(例如，在更高的温度下操作)，以补偿禁用的SMA部件。有利地，这样的布置可以改善或甚至实现可移动部分的完全可控性。
可替代地，在第二操作模式期间，控制器可以应用与在第一操作模式期间应用的控制算法相同的控制算法。即，控制器继续使用相同的控制算法来控制保持可操作的SMA部件。
可选地，前述装置包括偏压元件，用于在第二操作模式期间维持可操作的SMA部件中的张力。可选地，在第二操作模式期间，控制器被配置成使可移动元件远离或抵着(against)偏压元件移动。例如，偏压元件可以是弹簧板、磁体或凝胶，当SMA部件未通电时，该偏压元件将可移动部分返回和/或保持在默认(或中心)位置。因此，在第二操作模式期间，SMA部件可导致可移动部分远离或抵着偏压元件移动，使得作用在可移动部分上的偏压力可平衡SMA部件中的张力，以及对可移动部分提供返回力。
可选地，装置包括悬挂系统，其中悬挂系统被构造成抵抗在可移动部分中在至少一个自由度上的移动，以保持对可移动部分的控制。更具体地说，悬挂系统可以被构造成限制可移动部分围绕轴线(其可以延伸穿过支撑结构和可移动部分，例如为光轴)的旋转，多于一个SMA部件围绕该轴线二重或四重旋转对称地布置。使用WO 2011/104518的八线致动器作为示例，在正常操作模式中，基于操作两组SMA线(每组两根)，可移动部分的移动可以具有6个自由度。当一根SMA线被禁用时(例如由于损坏)，同一组中的其他三根SMA线中的张力将名义上(在没有任何偏压力的情况下)降低到零。然而，另一组SMA线可以保持功能。有利地，通过约束围绕(光学)轴线的旋转移动(例如rotZ)，其可以将旋转移动rotZ转换成轴向移动Z。因此，这种布置可以允许对沿着该轴线的移动的完全控制或接近完全控制。
可选地，在第二操作模式期间，控制器被配置成在至少一个自由度上朝着可移动范围的端部移动可移动部分，同时在其他方向上保持对可移动部分的控制。所述可移动范围的端部可以由端部止动部和/或壁界定。也就是说，端部止动部和/或壁可以放置在移动的路径中，并防止可移动部分越过所述移动范围。在一些情况下，端部止动部可以是支撑结构的侧壁或屏蔽罩。例如，在第二操作模式期间，控制器可以被配置成移动可移动部分，使得可移动部分沿着端部止动部和/或壁的表面滑动，以维持对可移动部分的控制。也就是说，SMA线可以在任何自由度上驱动可移动部分抵靠端部止动部，从而维持其他可操作SMA部件中的张力。在致动剩余的SMA线时，可移动部分可以沿着端部止动部的表面被驱动。优选地，端部止动部包括低摩擦表面，比如PTFE涂层，以减少摩擦并促进这种移动。
可选地，在第二操作模式期间，该装置在至少一个自由度上优先于在其他自由度上维持控制。可选地，在第二操作模式期间，装置优先维持沿着延伸穿过支撑结构和可移动部分的轴线的控制，多于一个SMA部件围绕该轴线二重或四重旋转对称地布置。可选地，可移动部分包括具有光轴的镜头，其中，在第二操作模式期间，该装置优先维持沿着光轴的控制，以便提供自动聚焦(AF)。
根据本实施例的第二方面，提供了一种用于控制形状记忆合金(SMA)致动器的方法，SMA致动器具有连接支撑结构和可移动部分的多于一个SMA部件，其中每个SMA部件是可操作的，以在第一操作模式中在两个或更多个自由度上控制(例如可控地改变)可移动部分的位置和/或取向，该方法包括：
检测事件并(响应于该事件)在第二操作模式中操作，
在第二操作模式期间，利用多于一个SMA部件的子集维持对可移动部分的至少部分控制。
可选地，该事件包括检测SMA部件中的至少一个中的异常和/或在控制器处接收命令。该方法还可以包括基于该事件选择一个或更多个SMA部件。
可选地，多于一个SMA部件被分成至少两个子组，每个子组被构造成平衡相应子组中的张力，该方法包括：
在第二操作模式中，禁用与所选择的SMA部件对应的子组中的所有SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
可替代地，多于一个SMA部件包括成对的SMA部件，该成对的SMA部件围绕轴线(其可延伸穿过支撑结构和可移动部分)旋转对称地布置，该方法包括：
在第二操作模式期间，禁用对应于所选择的SMA部件的一对SMA部件中的两个SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
可替代地并且优选地，该方法包括在第二操作模式期间，禁用所选择的SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
可选地，该方法包括在第二操作模式期间应用与在第一操作操作模式期间应用的控制算法不同的控制算法。
可选地，该方法包括在第二操作模式期间驱动可移动元件远离或抵着偏压元件。
可选地，该方法包括在至少一个自由度上朝着可移动范围的端部移动可移动部分，同时在其他方向上维持对可移动部分的控制。
可选地，该方法包括在第二操作模式期间移动该可移动部分，使得可移动部分沿着端部止动部和/或壁的表面滑动，以维持对可移动部分的控制，其中端部止动部和/或壁界定可移动范围的端部。
可选地，该方法包括在第二操作模式期间继续应用与第一操作操作模式期间的控制算法相同的控制算法。
本发明第一方面的特征可以与第二方面的任何特征组合。
附图简述
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的某些实施例，在附图中：
图1是致动器组件的示例的透视图；
图2是图1的致动器组件的侧视图；
图3是图1的致动器组件的分解透视图；
图4是图1的致动器组件的示意图；
图5是控制电路的示意图，该控制电路可以与任何所图示的致动器组件相关地使用；
图6A是第一非旋转通用支承件的平面图；
图6B是第一非旋转通用支承件的变形状态的平面图；
图7是图示了控制致动器组件的方法的流程图；
图8是致动器组件的另一个示例的示意图；以及
图9是处于操作位置(A)和保持位置(B)的致动器组件的另一个示例的示意图。
详细描述
参考图1至图4，现在将描述适于在微型相机中使用的致动器组件1的第一示例。
致动器组件1包括静止部分10和移动部分20。移动部分20具有圆柱形开口20a，以用于保持相机镜头25(仅在图4中示出)。相机镜头25包括镜头或镜头组件。因此，移动部分20在下文中被称为镜头保持器。如下文更详细描述的，镜头保持器20由八根SMA线30支撑在静止部分10上。镜头保持器20能够在SMA线30的驱动下相对于静止部分10移动，具有六个自由度，即三个正交的平移自由度和三个正交的旋转自由度。
致动器组件1的各种特征的位置和取向可以参照主轴线P方便地描述，主轴线P参照静止部分20来界定。广义地说，主轴线P对应于致动器组件1的(二重)旋转对称的轴线。当相机镜头25居中地布置在致动器组件1时，主轴线P通常对应于相机镜头25的光轴。
致动器组件1包括一组两个臂5，该组两个臂5将静止部分10连接至镜头保持器20。除了其他方面，臂5提供从静止部分10至SMA线30的移动端部(即，SMA线30的连接至镜头保持器20的端部)的电连接。因此，臂5有时被称为共用的连接件。
致动器组件1还包括屏蔽层14和屏蔽罩15(从图1和图2中省略)。这些部件14、15被附连至静止部分10。屏蔽罩15以足够的间隙围绕镜头保持器20延伸以允许镜头保持器20移动。屏蔽罩15保护致动器组件1免受物理损坏和灰尘的进入。
静止部分10包括基板10a和设置在基板10a的相对的拐角上的两个静止柱10b。静止柱10b可以被附连至基板10a，或者与基板10a一体地形成为一个件。两个压接组件13被附连至两个静止柱10b中的每个静止柱。基板10a被构造为保持图像传感器(未示出)。
镜头保持器20包括两个移动柱20b，两个移动柱与基板10a的位于静止柱10b中间的拐角对准。两个压接组件23被附连至两个移动柱20b中的每个移动柱。(图1中省略了压接组件23中的两个。)
SMA线30通过在一个端部处被压接至静止部分的压接组件13并且在另一个端部处被压接至镜头保持器20的压接组件23而被连接在静止部分10和镜头保持器20之间。压接组件13、23用作机械连接件和电连接件两者。同一移动柱20b上的压接组件23都电连接至臂5中的一个臂(即，共用的连接件)。
SMA线30在镜头保持器20周围具有与W02011/104518A1中描述的致动器组件中的SMA线相同的构造。具体而言，两根SMA线30布置在围绕主轴线P的四侧中的每侧上，并且垂直于主轴线P来看，两根SMA线30相对于主轴线P以彼此相反的方向倾斜(即，以大于0°的锐角倾斜)并且彼此交叉。因此，具体而言，每根SMA线30相对于主轴线P倾斜并且相对于彼此倾斜。进一步的细节在WO 2011/104518 A1中提供，WO2011/104518A1通过该引用并入本文。
SMA线30的选择性收缩可以驱动镜头保持器20以六个自由度中的任何一个自由度进行移动。这种移动在下文中有时被称为三维(3D)移动。SMA线30的收缩和扩展通过选择性地向其施加驱动信号来产生。SMA线30通过驱动信号被电阻式地加热，并且当驱动信号的功率降低时通过与周围环境的热传导而冷却。
因此，SMA线30可以用于提供以下两种功能：通过镜头保持器20沿着主轴线P的平移移动来提供自动聚焦(AF)功能，以及通过镜头保持器20垂直于主轴线P的平移移动来提供初级图像稳定(primary image stabilization)(OIS)功能。
图5是用于监视和控制每根SMA线30的控制电路的示意图。具体而言，驱动信号可以由控制电路12产生并且提供给SMA线30。这种控制电路可以接收表示镜头保持器20的期望位置的输入信号，并且产生具有功率的驱动信号，该功率被选择以将镜头保持器20驱动至期望位置。驱动信号的功率可以是线性的，或者可以使用脉宽调制来改变。可以使用电阻反馈控制技术产生驱动信号，在这种情况下，控制电路12测量SMA线30的电阻，并且使用所测得的电阻作为反馈信号来控制驱动信号的功率。
具体而言，控制电路12包括驱动电路12a，驱动电路12a根据针对每根SMA线30的控制信号为每根SMA线30产生驱动信号。驱动电路12a可以包括用于每根SMA线30的恒压或恒流源。驱动电路12a产生的驱动信号可以是脉宽调制(PWM)信号。
控制电路12还包括检测电路12b，检测电路12b检测每根SMA线30的电阻测量值，线的电阻与线的长度相关。在驱动电路12a包括恒流源的情况下，检测电路12b可以包括例如电压检测电路，以检测每根SMA线30两端的电压。可替代地或附加地，检测电路12b可以包括电流检测电路。
控制电路12还包括设置目标电阻值的设置单元12c。可以为每根线或线电阻的不同组合设置目标电阻值。此外，可以选择线电阻的组合，这些组合对应于镜头保持器20相对于静止部分10的3D移动的自由度。在现在将要描述的示例中，针对每个自由度，即tx、ty和tz(表示沿着x轴线、y轴线和z轴线的平移位置)和rx、ry和rz(表示围绕x轴线、y轴线和z轴线的旋转位置，其中z轴线对应于主轴线P)，设置目标电阻值。设置单元12c根据镜头保持器20的期望的位置和取向来设置目标电阻值，例如在保持rx、ry和rz恒定时，通过改变tz来执行自动聚焦和/或通过改变tx和ty来执行OIS。
控制电路12还包括针对每个自由度的误差检测器12d。每个误差检测器12d被提供有目标电阻值中的相应的一个目标电阻值以及SMA线30的检测到的电阻测量值。
每个误差检测器12d包括反馈测量单元12e，反馈测量单元12e确定针对相关自由度的反馈值。反馈值是SMA线30的检测到的电阻测量值的线性总和，其中比例因子对应于SMA线30对相关自由度下的移动的贡献。这取决于SMA线30的几何形状。例如，镜头保持器20围绕x轴线的旋转位置rotx可以是标记为a、b、e和f的四根SMA线30的长度以及因此电阻R的函数，此外，SMA线30可以具有对称的构造，使得rotx＝K×(Ra–Rb+Re-Rf)，其中K是比例常数。
每个误差检测器12d还包括比较器12f，比较器12f确定针对相关自由度的目标电阻值和反馈值之间的误差。这个误差通过偏移O进一步调整。在这个示例中，通过偏移由比较器12f确定的误差来施加该调整。然而，应当理解，可以以不同的方式进行调整，例如通过偏移目标电阻值或反馈值。
调整后的误差从误差检测器12d提供给矩阵控制器(matrix controller)12g，矩阵控制器12g确定针对每根SMA线30的控制信号，以便根据调整后的误差控制驱动信号的功率。矩阵控制器12g使用闭环控制算法来减小调整后的误差。
应当理解，设置单元12c、误差检测器12d和矩阵控制器12g可以在一个或更多个处理器(共同或独立操作)中实现。
另外的细节在WO 2017/098249 A1中提供，WO 2017/098249 A1通过该引用并入本文。
具体参考图4，致动器组件还包括偏压元件7，该偏压元件7连接在静止部分10和镜头保持器20之间，并且被构造成阻止镜头保持器20相对于静止部分10绕主轴线P旋转。偏压元件仅在图4中示意性地示出。
在该示例中，偏压元件7为非旋转通用支承件的形式。
特别参照图6A，示出了非旋转通用支承件1013(也被称为“二乘二杆式连杆(two-by-two-bar link)”)的第一示例。
第一非旋转通用支承件1013包括与内部两杆式连杆1015机械地串联的外部两杆式连杆1014。外部两杆式连杆1014由第一刚性部分10161和第二刚性部分10162形成，第一刚性部分10161和第二刚性部分10162在平行于第一轴线x的方向上是长形的，并且使用第一梁部分(挠性件)10171和第二梁部分(挠性件)10172在平行于第二轴线y的方向上连接在一起。内部两杆式连杆1015由第三刚性部分10163和第四刚性部分10164形成，第三刚性部分10163和第四刚性部分10164在平行于第二轴线y的方向上是长形的，并且使用第三梁部分(挠性件)10173和第四梁部分(挠性件)10174在平行于第一轴线x的方向上连接在一起。内部两杆式连杆1015使用第三刚性部分10163连接到外部两杆式连杆1014，第三刚性部分10163直接连接到第一刚性部分10161。除了该连接之外，内部两杆式连杆1015通过第一间隙10181与外部两杆式连杆1014分开，第一间隙10181为第一梁部分10171和第二梁部分10172的横向偏转提供空间。中心环形部分1019位于内部两杆式连杆1015内并通过刚性连接部分1020连接到第四刚性部分10164。除了刚性连接部分1020之外，中心环形部分1019通过第二间隙10182与内部两杆式连杆1015分开，第二间隙10182为第三梁部分10173和第四梁部分10174的横向偏转提供空间。中心环形部分1019界定中心孔1009。
在本说明书中，“刚性”部分和“梁”部分之间的差异不是绝对的，而是由例如由相应的横截面面积界定的相对抗弯刚度确定的。至少在期望的方向上，梁部分比刚性部分更不耐弯曲。
还参照图6B，示出了第一非旋转通用支承件1013的变形构造1013b。
如果第二刚性部分10162被夹紧到支撑结构10，则第一梁部分10171和第二梁部分10172的弯曲允许在大体上平行于第一轴线x和/或主轴线z的方向上的移动Tx、Tz以及围绕第一轴线x和/或第二轴线y的旋转Rx、Ry。类似地，相对于第三刚性部分10163，第四刚性部分10164和连接的中心环形部分1019允许对应于Ty、Tz、Rx和/或Ry的移动。总体而言，这允许中心环形部分1019相对于夹紧的第二刚性部分10162的对应于Tx、Ty、Tz、Rx和/或Ry的运动，并且仅约束围绕主轴线z的旋转Rz。例如，图10B图示了中心环形部分1019相对于第二刚性部分10162的相对位移d具有平行于第一轴线x的分量dx和平行于第二轴线y的分量dy。
图7是图示了控制致动器组件的方法的流程图。在正常操作期间，控制器12(或控制电路)以第一操作模式控制可移动部分，在第一操作模式中，所有的SMA线被通电，从而处于张紧状态，以提供对可移动部分的完全控制。
如上所述，控制器12被配置成连续地监视每根SMA线30中的电阻。在检测到SMA线中的异常200(例如任何给定SMA线30中的异常高电阻)时，控制器12确定已经发生故障，并由此禁用220有故障的SMA线30。例如，由于重复使用或意外，一根或更多根SMA线可能会损坏，或者在最坏的情况下，一根或更多根SMA线可能会折断或断裂。其他异常可能包括极其高或极其低的温度。在一些其他实施例中，在诸如霍尔传感器(未示出)的位置传感器感测到可移动部分20未被控制到期望位置的情况下，控制器12可以确定已经发生故障，并由此禁用220有故障的SMA线30。
在一些其他实施例中，控制器12可以接收命令210。该命令可以是界面(未示出)处的用户输入，或者该命令可以是系统生成的输入。例如，当接收到这样的命令时，致动器可以禁用220多于一根SMA线中的一根或更多根，以降低功耗。
在检测到一个或更多个上述事件的发生时，控制器12可以在第二操作模式中操作230，以提供对可移动部分20的至少部分控制。可以存在另外的操作模式，每种操作模式适合特定事件，例如特定线或特定线组中的异常。第二操作模式可以存储在存储器(未示出)或控制器12中，并且可以是出厂默认的或可通过用户输入进行调整。
在第二操作模式期间，控制器可以应用与第一操作模式期间的控制算法不同的控制算法。例如，保持可操作的SMA部件中的一些或所有可以不同地操作(例如，在更高的温度下操作)，以补偿被禁用的SMA部件。有利地，这样的布置可以改善或甚至实现可移动部分的完全可控性。
可替代地，在第二操作模式期间，控制器可以应用与第一操作模式期间的控制算法相同的控制算法。也就是说，控制器可以继续使用相同的控制算法来控制保持可操作的所有SMA部件。
无论哪种方式，控制器继续操作SMA部件的子集240。
使用图1的致动器组件1为例，其用两组SMA线30a-30d、30e-30f控制可移动部分20，每组SMA线30a-30d、30e-30f形成独立的张力组。在这种致动器1中，可以使用少于所有的线来维持某种水平的位置控制。特别地，两组SMA线30a-30d、30e-30f可以独立地操作。致动器1中的SMA线允许以6个自由度控制可移动部分20。在给定的应用中，AF功能(沿着光轴P的轴向移动)优先于OIS功能(相对于光轴P的横向移动)。
例如，当其中一根SMA线30a不起作用时，例如SMA线30断裂或磨损。控制器12通过开路两端的异常高的电阻来检测这种缺陷，并禁用断裂的线30a。
在第一示例中，控制器禁用与故障线30a相同的组中的所有其他SMA线30b-30d，并且仅操作另一组中的SMA线30e-30h。更具体地，当SMA线30断裂时，则该张力组中的其他三根线30b-30d中的张力将名义上(在没有任何弹簧力的情况下)变为零，因此不起作用。这样的布置有利地允许可操作的SMA线30e-30h的组中的张力得到平衡，并且因此防止倾斜或由不平衡力引起的对可移动部分20的任何不期望的影响。
另一子组中的SMA线30e-30h可保持可操作，以提供对可移动部分的完全(或部分)控制。实际上，剩余张力组中的四根SMA线30e-30h控制以下自由度：张力、围绕光轴P的旋转(rotZ)、沿着光轴P的移动(Z)、围绕与光轴P正交的轴线的旋转(rotX、rotY)、以及沿着与光轴P正交的轴线的移动(X、Y)。
通过使用如图6A所示的非旋转通用支承件1013之类的悬挂系统，即使不使用该组SMA线30a-30d，也可以显著提高可移动部分20的可控性。例如，当围绕光轴P的旋转运动(rotZ)受到约束时，支承件1013将rotZ自由度转换为轴向移动(Z)。因此，即使当同一组中的SMA线30a-30d中的一根或更多根断裂时，该挠性件也可允许AF起作用。
类似地，当控制器接收进入低功率模式的命令时，两组SMA线中的一组30a-30d可以被禁用，由另一组SMA线30e-30h执行移动控制。有利地，通过关闭一半的SMA线30a-30d，致动器的功耗可以有效地减半。在某些场景下，如果优先考虑低功耗，则降低性能水平可能是可接受的。
在第二示例中，控制器禁用与故障线30a旋转对称的SMA线30c，并且仅操作其余的SMA线30b、30d-30h。另一子组中的SMA线30e-30h可保持可操作，以提供对可移动部分的完全(或部分)控制，但是速度降低。相对地布置的SMA线可以成对地作用，以实现可移动部分中的移动。因此，通过禁用具有故障SMA线的该对SMA线，可以有利地减轻该对SMA线中的不平衡力的问题。为了保持剩余SMA线30b、30d中的张力，需要偏压元件或诸如支承件1013的悬挂系统。此外，控制器12可以采用修改的控制算法来补偿禁用的SMA线30a，例如增加其他SMA线中的功耗，从而增加其他SMA线中的收缩。
在第三示例中，控制器禁用有故障的SMA线30a，操作其余的SMA线30b-30h。为了保持剩余SMA线30b-30d中的张力，需要偏压元件或诸如支承件1013的悬挂系统。此外，控制器12可以采用修改的控制算法来补偿禁用的SMA线30a，例如增加其他SMA线中的功耗。
在下面的示例中描述了保持剩余的可操作SMA线中的张力的其他方法。
图8是致动器组件的第二个示例的示意图。
致动器组件31包括与第一示例中相同或相似的特征。在该示例中，致动器组件31包括不同的偏压元件7且还包括一组端部止动部40。
当SMA线30未被驱动时(对于致动器组件31的任何取向)，偏压元件7和该组端部止动部40一起将镜头保持器20'保持在大体上中心的布置中。此功能可称为“无动力定心(unpowered centring)”。
弹簧7被连接在静止部分10'和镜头保持器20'之间，并且被构造为偏压镜头保持器20'，使得当SMA线30'未被驱动时，镜头保持器20'移动成与端部止动部40接触。在该示例中，弹簧7'被连接至镜头保持器20'的上部部分，并且沿着主轴线P在向下方向上偏压镜头保持器20'，使得镜头保持器20'的下部部分与端部止动部40接合。
如上所述，弹簧7可以具有任何合适的性质，以偏压镜头保持器20'。与第一示例和第二示例中的臂5相比，弹簧7的刚度可以相对低，特别是在垂直于主轴线P的方向上，并且因此对镜头保持器20'的可操作移动的影响也可以相对低。
除了上述无动力定心功能之外，弹簧(或偏压元件)7还可以(与控制电路12一起)使控制器能够利用SMA线30的子集提供位置控制。例如，当在第二操作模式中操作时，例如在一根或更多根SMA线30被禁用的情况下，剩余的可操作SMA线30可以收缩以使镜头保持器20'抵着弹簧7移动，从而实现沿着光轴的移动控制。可替代地，弹簧7主要继续抵抗SMA线30进行偏压，从而维持SMA线(其保持可操作)中的张力。也就是说，用于使镜头托架20'返回以及拉紧SMA线的力由弹簧7提供。
在一些示例中，不使用单独的弹簧7，而是臂5可以执行弹簧7的功能，同时还提供与SMA线30的移动端部的电连接。
在一些其他示例中，可以提供粘性流体或凝胶，以抵抗由一根或更多根不可操作的线引起的张力组中的松弛，从而维持剩余的可操作SMA线中的张力。
图9是处于操作位置(A)和保持位置(B)的致动器组件51的另一个示例的示意图。
致动器组件51包括与第一示例中相同或相似的特征。然而，臂5可以仅用于提供与SMA线30的移动端部的电连接，而不需要产生上述偏压力。更确切地说，在该示例中，致动器组件51包括在静止部分10"和镜头保持器中的每个上的磁性元件45、46，磁性元件45、46一起以期望的方式保持镜头保持器20"。
在这个示例中，存在一组(例如三个)永磁体45以及一组三个对应的铁磁材料(例如钢)区域46，永磁体45被附接至静止部分10"，铁磁材料区域46被附接至镜头保持器20"或形成为镜头保持器20"的一部分。
永磁体45可以是磁性四极体(magnetic quadrupoles)，其具有的大小可以与期望磁力起作用的距离相当。通常，这可能是几百微米。
当镜头保持器20"处于其操作位置和/或取向的范围内时(见图9A)，相应部分上的磁性元件45、46距离彼此相对远(并且因此磁性元件45、46之间的力相对低)。
当镜头保持器20处于保持位置时(见图8B)，相应部分上的磁性元件45、46彼此相对接近或彼此接触(并且因此磁性元件45、46之间的力相对高)。
致动器组件51与控制电路一起使用，或者包括控制电路，控制电路被配置成在使SMA线30被断电之前使镜头保持器20"移动到保持位置中(或者足够接近保持位置，使得磁力高到足以将镜头保持器20"拉到保持位置)。
除了上述的保持功能之外，磁体45、46还可以(与控制电路12一起)使控制器能够利用SMA线30的子集提供位置控制。例如，当在第二操作模式中操作时，例如在禁用一根或更多根SMA线30的情况下，剩余的可操作SMA线30可以操作，以将镜头保持器20″移动成使磁体45、46接近，从而实现沿着光轴的移动控制。也就是说，用于使镜头托架20″返回以及拉紧SMA线的力由磁体45、46提供。
在一些其他实施例中，控制器被配置成当可移动部分被驱动成抵靠端部止动部和/或壁时操作可移动部分。更具体地说，端部止动部和/或壁界定了移动范围的限制。因此，当可移动部分被驱动成抵靠端部止动部和/或壁时，至少一个移动自由度(即朝向端部止动部和/或壁)受到限制，同时其在其他方向(例如垂直于端部止动部和/或壁的表面的方向)上保持可移动。例如，如果在第二操作模式期间，端部止动部和/或壁限制正交于光轴的移动，则控制器可以通过允许可移动部分在端部止动部和/或壁的表面上滑动来至少沿着光轴维持对可移动部分的位置控制。为了减少这种移动的摩擦，端部止动部和/或壁的滑动表面可以涂覆有诸如PTFE的减少摩擦的涂层。
应理解，可以存在上述实施例的许多其他变型。
例如，致动器组件可以用于除相机之外的应用。

Claims (26)

1.一种形状记忆合金(SMA)致动器，包括：
支撑结构；
可移动部分，其能够相对于所述支撑结构移动；
多于一个SMA部件，其连接所述支撑结构和所述可移动部分，其中所述SMA部件是可操作的，以在两个或更多个自由度上可控地改变所述可移动部分的位置和/或取向；
控制器，其用于在正常操作期间以第一操作模式控制所述SMA部件的操作和响应于事件以第二操作模式控制所述SMA部件的操作；以及
装置，其被构造成在所述第二操作模式期间用所述多于一个SMA部件的子集维持对所述可移动部分的至少部分控制。
2.根据权利要求1所述的SMA致动器，其中，所述事件包括检测所述SMA部件中的至少一个中的异常和/或在所述控制器处接收命令，并且其中，所述控制器基于所述事件选择一个或更多个SMA部件。
3.根据权利要求2所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成禁用所选择的一个或更多个SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
4.根据权利要求2或3所述的SMA致动器，其中，所述多于一个SMA部件被分成至少两个子组，每个子组被构造成平衡相应子组中的张力，并且其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成禁用对应于所选择的SMA部件的子组中的所有SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
5.根据权利要求2或3所述的SMA致动器，其中，所述多于一个SMA部件包括围绕轴线旋转对称地布置的成对的SMA部件，并且其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成禁用对应于所选择的SMA部件的一对SMA部件中的两个SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器应用与在所述第一操作模式期间应用的控制算法不同的控制算法。
7.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器应用与在所述第一操作模式期间应用的控制算法相同的控制算法。
8.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，所述装置包括偏压元件，所述偏压元件用于在所述第二操作模式期间维持可操作的SMA部件中的张力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成驱动所述可移动元件远离或抵着所述偏压元件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，所述装置包括悬挂系统，其中所述悬挂系统被构造成抵抗所述可移动部分在至少一个自由度上的移动，以维持对所述可移动部分的控制。
11.根据权利要求8所述的SMA致动器，其中，所述悬挂系统被构造成限制所述可移动部分绕轴线的旋转，所述多于一个SMA部件围绕所述轴线二重或四重旋转对称地布置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成在至少一个自由度上朝着可移动范围的端部移动所述可移动部分，同时在其他方向上维持对所述可移动部分的控制。
13.根据权利要求12所述的SMA致动器，其中，可移动范围的所述端部由端部止动部和/或壁界定。
14.根据权利要求13所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述控制器被配置成移动所述可移动部分，使得所述可移动部分沿着所述端部止动部和/或所述壁的表面滑动，以维持对所述可移动部分的控制。
15.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述装置在至少一个自由度上优先于在其他自由度上维持控制。
16.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，在所述第二操作模式期间，所述装置优先维持沿着延伸穿过所述支撑结构和所述可移动部分的轴线的控制，所述多于一个SMA部件围绕所述轴线二重或四重旋转对称地布置。
17.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动器，其中，所述可移动部分包括具有光轴的镜头，其中所述装置在所述第二操作模式期间优先维持沿着所述光轴的控制，以便提供自动聚焦(AF)。
18.一种用于控制形状记忆合金(SMA)致动器的方法，所述SMA致动器具有连接支撑结构和可移动部分的多于一个SMA部件，其中每个SMA部件是可操作的，以在第一操作模式中在两个或更多自由度上可控地改变可移动部分的位置和/或取向，所述方法包括：
检测事件并在第二操作模式中操作，
在所述第二操作模式期间，利用所述多于一个SMA部件的子集维持对所述可移动部分的至少部分控制。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述事件包括检测所述SMA部件中的至少一个中的异常和/或在所述控制器处接收命令，并且其中，所述方法还包括基于所述事件选择一个或更多个SMA部件。
20.根据权利要求19所述的方法，包括在所述第二操作模式期间禁用所选择的SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述多于一个SMA部件被分成至少两个子组，每个子组被构造成平衡相应子组中的张力，所述方法包括：
在所述第二操作模式中，禁用与所选择的SMA部件对应的子组中的所有SMA部件，同时操作其余SMA部件。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述多于一个SMA部件包括成对的SMA部件，所述成对的SMA部件围绕轴线旋转对称地布置，所述方法包括：
在所述第二操作模式期间，禁用对应于所选择的SMA部件的一对SMA部件中的两个SMA部件，同时操作其余的SMA部件。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，包括：在所述第二操作模式期间，应用与在所述第一操作操作模式期间应用的控制算法不同的控制算法。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，包括在所述第二操作模式期间驱动所述可移动元件远离或抵着偏压元件。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，包括在至少一个自由度上朝着可移动范围的端部移动所述可移动部分，同时在其他方向上维持对所述可移动部分的控制。
26.根据权利要求25所述的方法，包括在所述第二操作模式期间移动所述可移动部分，使得所述可移动部分沿着端部止动部和/或壁的表面滑动，以维持对所述可移动部分的控制，其中所述端部止动部和/或所述壁界定所述可移动范围的所述端部。
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