CN115943257A - 致动器组件 - Google Patents
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Abstract
公开了形状记忆合金致动器组件(2)。致动器组件包括：支撑件(21)；第一层级(22)、其可在第一平面中相对于支撑件沿至少两个不同的非平行方向移动；第一组至少两个形状记忆合金线(271)，其配置为在第一平面中移动第一层级；第二层级(23)，其可在平行于第一平面或与第一平面共面的第二平面中相对于第一层级沿至少两个不同的非平行方向移动；和第二组至少两个形状记忆合金线(272)，其配置为在第二平面中移动第二层级。第一层级经由第一组形状记忆合金线联接到支撑件，且第二层级经由第二组形状记忆合金线联接到第一层级，使得第二层级在第二平面中相对于支撑件的运动是第一层级相对于支撑件的运动和第二层级相对于第一层级的运动的组合。
Description
领域
本申请涉及一种致动器组件，特别是一种包括多段形状记忆合金(SMA)线的致动器组件。
背景
例如，这种致动器组件可用于相机中，以在垂直于光轴的方向上移动透镜组件，从而提供光学图像稳定(OIS)。在这样的相机要被结合到诸如移动电话的便携式电子设备中的情况下，小型化可能是重要的。
WO 2019/086855 A1描述了一种具有致动器组件的相机，该致动器组件包括支撑平台、支撑透镜组件的移动平台、连接到支撑平台和移动平台的SMA线、在支撑平台上支承移动平台的支承件以及在支撑平台和移动平台之间延伸的两个臂。
概述
根据本发明的第一方面，提供了一种形状记忆合金致动器组件。所述致动器组件包括支撑件、第一层级(stage)、第一组至少两个形状记忆合金线、第二层级以及第二组至少两个形状记忆合金线，第一层级可在第一平面内相对于支撑件沿至少两个不同的非平行方向移动；第一组至少两个形状记忆合金线被配置为在第一平面中移动第一层级；第二层级可在平行于第一平面或与第一平面共面的第二平面中相对于第一层级沿至少两个不同的非平行方向移动；第二组至少两个形状记忆合金线被配置为在第二平面中移动第二层级。第一层级经由第一组形状记忆合金线联接到支撑件，并且第二层级经由第二组形状记忆合金线联接到第一层级，使得第二层级在第二平面中相对于支撑框架的运动是第一层级相对于支撑件的运动和第二层级相对于第一层级的运动的组合(例如，总和)。
第一层级优选地是刚性的。第一层级在操作期间(换句话说，当层级被形状记忆合金线移动时)可以倾斜。
第一组至少两个形状记忆合金线优选地包括四个形状记忆合金线，四个形状记忆合金线包括第一对线和第二对线，第一对线相反地起作用用于在第一方向上移动第一层级，第二对线相反地起作用用于在不同于第一方向的第二方向上移动所述第一层级。第二组至少两个形状记忆合金线优选包括四个形状记忆合金线，四个形状记忆合金线包括第三对线和第四对线，第三对线相反地起作用用于在第一方向或第三方向上移动第二层级，第四对线相反地起作用用于在第二方向或与所述第三方向不同的第四方向上移动第二层级。
记忆合金线优选是非共线的。第一组形状记忆合金线优选地配置成使得它们能够(当适当地驱动时)在不施加任何净扭矩的情况下移动第一层级。第二组形状记忆合金线优选地被配置成使得它们能够在不施加任何净扭矩的情况下移动第二层级。
致动器组件可进一步包括第一端子和第二端子。第一组形状记忆合金线中的第一形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线中的第二形状记忆合金线可以串联地电连接在第一和第二端子之间，其中第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线协同作用以分别移动第一层级和第二层级。可选地，第一组形状记忆合金线中的第一形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线中的第二形状记忆合金线并联地电连接在第一端子和第二端子之间，其中第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线协同作用以分别移动第一层级和第二层级。所述端子可以包括在所述支撑件中或由所述支撑件支撑。
第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线可以在第一层级中互连。第一层级可包括由绝缘层支撑的导电层，其中导电层的至少一部分将第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线互连。第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线可以定位在致动器组件的同一侧，例如，一个在另一个上方。
致动器组件还可以包括公共节点，其中，第一组形状记忆合金线中的至少第一形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线中的至少第二形状记忆合金线连接到公共节点，并且其中公共节点包括在第一层级中。致动器组件可以包括支撑件和公共节点之间的柔性电连接。致动器组件可以包括在支撑件和第二层级之间的柔性电连接，以电连接到至少一个第二形状记忆合金线。
致动器组件还可以包括公共节点，其中由所述第一组形状记忆合金线之一和所述第二组形状记忆合金线之一组成的至少一对形状记忆合金线串联电连接到所述公共节点，并且其中，公共节点包括在第二层级中。致动器组件可以包括支撑件和公共节点之间的柔性电连接。
致动器组件可进一步包括五个端子，五个端子包括第一至第五端子，第五端子是公共端子，其中第一组形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线连接到端子，使得响应于相对于公共端子施加到第一端子至所述第四端子的相应信号，第一组形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线使所述第一层级和第二层级协同移动。所述致动器组件可包括至少一个附加层级和至少一组附加形状记忆合金线，并且第一组形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线以及至少一个附加组形状记忆合金线可以连接到端子，使得响应于相对于公共端子施加到第一端子至第四端子的相应信号，第一组形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线以及至少一个附加组形状记忆合金线使得第一层级和第二层级以及至少一个附加层级协同移动。端子可以包括在支撑件中或由支撑件支撑。
致动器组件还可以包括形成在支撑件、第一层级和/或第二层级上的一组导电线路(electrically-conductive tracks)。导电线路可以包括图案化线路。所述致动器组件可进一步包括用于使所述致动器组件的不同导电部分彼此电绝缘的介电材料层。
致动器组件优选地还包括支承系统，该支承系统被配置成能够使第二层级沿着第二平面中的至少两个不同的非平行的方向移动。第二层级优选地经由支承系统直接支承在支撑件上。该支承系统优选地包括穿过第一层级的至少三个支承件，例如，穿过孔、相应的多个孔或穿过从第一层级的边缘延伸的切口。
致动器组件优选地还包括在所述第一层级插置在所述支撑件和所述第二层级之间的情况下通过将所述支撑件和所述第二层级推到一起来加载支承系统的装置。
加载装置可以包括一组至少两个偏置弹簧。所述弹簧中的至少一个承载在支撑件和第二层级之间的电连接。加载装置可以包括至少一个永磁体。
至少两个偏置弹簧可包括至少两个弹簧臂。至少两个弹簧臂和第二层级或支撑件可形成为单个件。至少两个弹簧臂可各自具有第一端和第二端，第一端固定到第二层级(例如，借助于与所述第二层级一体形成)，而第二端固定到支撑件(例如，通过附接，例如，通过焊接或另一适当的附接方法)。第一层级和可选的其他层级可插置在支撑层级和第二层级之间。至少两个弹簧臂可以在外侧穿过第一层级和任何可选的其他层级(即，通常在执行器组件的外侧)。
第一组形状记忆合金线和/或第二组形状记忆合金线可相对于第一平面倾斜，以便促使将支撑件和第二层级推到一起。
致动器组件可包括第三层级和第三组至少两个形状记忆合金线，第三层级可在平行于第一平面或与第一平面共面的第三平面中相对于第二层级沿至少两个不同的非平行方向移动，第三组至少两个形状记忆合金线被配置为移动第三层级，其中第三层级插入在第一层级和第二层级之间。这可以用来进一步扩大运动范围。
所述致动器组件还可包括附加层级，其可垂直于第一平面移动，其中附加层级由第二层级支撑。例如，第一层级和第二层级可用于提供x-y平面中的运动，而附加层级可用于提供沿z轴(垂直于x-y平面)的运动。
支撑件、第一层级和第二层级可以在垂直于第一平面的方向上堆叠。
所述支撑件、所述第一层级和所述第二层级中的至少两个可大致共面并嵌套。
支撑件、第一层级和/或第二层级的第一和/或第二相对面的至少一些区域可以涂覆介电材料，例如金刚石线碳(DLC)涂层或碳化钛(TiC)。
根据本发明的第二方面，提供了一种系统，该系统包括本发明的第一方面的致动器组件、用于传递驱动电压的供电轨道(supply rail)、用于在驱动电压下向相应形状记忆合金线或相应的成对的形状记忆合金线施加驱动信号的一组开关设备和用于单独控制开关设备的控制器。
根据本发明的第三方面，提供了一种光学设备，该光学设备包括主体，第一光学元件(例如图像传感器)和第二光学元件(例如透镜)和根据本发明第一方面的致动器组件或根据本发明第二方面的系统，其中第一光学元件和第二光学元件大致沿着光轴对准，并且其中，第一光学元件和致动器元件的支撑件相对于主体固定，第二光学元件由光学元件的第二层级支撑。
根据本发明的第四方面，提供了一种使用本发明的第一方面的致动器组件的方法，该方法包括使得驱动信号被施加到至少一个形状记忆合金线或至少一对形状记忆合金线，每对形状记忆合金线包括第一组形状记忆合金线中的一个形状记忆合金线和第二组形状记忆合金线中的一个形状记忆合金线。
根据本发明的第五方面，提供了一种制造本发明的第一方面的致动器组件的方法，所述方法包括提供支柱元件，所述支柱元件包括牺牲支柱体和由牺牲支柱主体保持分开的压接耳片(crimp tab)，将形状记忆合金线展开在支撑元件的压接耳片上，在形状记忆合金线上折叠并压紧压接耳片以形成将形状记忆合金线夹持在耳片之间的压接部，将压接部分别附接到支撑件和第一层级，或者分别附接到第一层级和第二层级，并且移除牺牲支撑件，使压接部保持分别附接到支撑件和第一层级，或者分别附接到第一层级和第二层级。
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是包含SMA致动器组件的相机的示意性横截面图；
图2是图1所示的SMA致动器组件的俯视平面图；
图3是图1所示的SMA致动器组件的俯视成角度视图；
图4是图2所示的SMA致动器组件沿光轴O展开的分解透视图；
图5是用于图2所示的SMA致动器组件中的SMA线和晶体管的第一布置的示意电路图，晶体管用于控制流过SMA线的电流；
图6是图2中所示的SMA致动器组件的分解透视图，示出了对于串联布置的第一层级中的第一SMA线和第二层级中相应的第二SMA线，电流流过线；
图7是SMA线和用于控制流过SMA线的电流的晶体管的第二布置的示意电路图；
图8是SMA线和用于控制流过SMA线的电流的晶体管的第三布置的示意电路图；
图9是SMA线和用于控制流过SMA线的电流的晶体管的第四布置的示意电路图；
图10示意性地说明了将预压接的SMA线附接到致动器组件的过程；和
图11是图2中所示的SMA致动器组件的移动平台的简单示意平面图，说明了两个层级的附加运动。
详细描述
相机
参照图1，示出了包括SMA致动器组件2(这里也称为“SMA致动器”或简单地称为“致动器”)的相机1。
相机1包括通过SMA致动器组件2悬挂在支撑结构4上的透镜组件3，所述SMA致动器组件2以允许透镜组件3相对于支撑结构4在垂直于光轴O的方向上运动的方式支撑透镜组件3。
支撑结构4包括基座5。图像传感器12安装在基座5的前侧。在基座5的后侧安装有集成电路(IC)7(在其中实现了控制电路)以及陀螺仪传感器8。支撑结构4还包括从基座5向前突出的容纳件9，以包住和保护相机1的其他部件。
透镜组件3包括支撑沿光轴O布置的两个透镜11的呈圆柱形主体形式的透镜支架10。通常可以包括任何数量的一个或更多个透镜11。优选地，每个透镜11具有至多约20mm的直径。因此，相机1可以称为微型相机。
透镜组件3布置成将图像聚焦到图像传感器12上。图像传感器12捕捉图像并且可以是任何合适的类型，例如CCD(电荷耦合设备)或CMOS(互补金属氧化物半导体)设备。
透镜11支撑在透镜支架10上，使得透镜11相对于透镜支架10沿光轴O是可移动的，例如，以提供聚焦或缩放。具体地说，透镜11被固定到相对于透镜支架10可沿光轴O移动的透镜托架13上。虽然在本示例中所有透镜11都被固定到透镜托架13，但通常，透镜11中的一个或更多个可以被固定到透镜支架10，因此不能相对于透镜支架10沿着光轴O移动，留下至少一个透镜11被固定到透镜托架13。
设置在透镜支架10和透镜托架13之间轴向致动器装置14被布置成驱动透镜托架10和透镜11沿光轴O相对于透镜支架10移动。轴向致动器装置14可以是任何合适的类型，例如，音圈电机(VCM)或SMA线的装置。
在操作中，透镜组件3相对于图像传感器12正交于光轴O移动，其效果是图像传感器12上的图像被移动。这用于提供光学图像稳定(OIS)，补偿可能由手抖等引起的相机1的移动。
致动器组件
现在参考图2至图4，现在将更详细地描述SMA致动器组件2。
SMA致动器组件2采取n层级SMA致动器组件2的形式(其中在这种情况下，n＝2)，其可以提供比单层级SMA致动器组件延长的垂直于光轴O的横向运动(或“更长的行程”)。
致动器组件2包括第一子组件21(以下称为“支撑平台”或简单地称为“支撑件”)、第二子组件22(以下称为“中间平台”、“中间移动部分”、“中间层级”或在本示例中为“第一层级”)和第三子组件23(以下称为“移动平台”、“移动部分”、“最后层级”或在本示例中为“第二层级”)(具体参见图2A)。移动平台23支撑透镜组件3(图1)，并连接到透镜支架10(图1)。
支撑平台21、中间移动平台22和移动平台23中的每一个通常采取具有矩形外边缘(或“周边边缘”)和圆形内边缘的扁平薄环的形式。中间移动平台22和移动平台23的外边缘位于支撑平台21的外边缘的内部，但是平台21、22、23的内边缘通常具有相同的延伸范围。
第一子组件21由彼此固定的两个独立部件，即支撑部件24和导电部件25形成。
致动器组件2可包括基座部件26，其固定到支撑平台21并固定到相机1(图1)的基座5(图1)。
支撑部件24、导电部件25和基座部件26可以采取相应的图案化金属片的形式，例如，蚀刻或机械加工的不锈钢，并可涂覆电绝缘介电材料。介电材料层可以包括一个或更多个窗口(未示出)以允许电连接。类似地，中间移动平台22和移动平台23可以采取(一个或更多个)相应的图案化金属片的形式，例如不锈钢，该图案化金属片可以涂覆有介电材料。
可以使用其他示例配置，并且在WO 2017/055788 A1和WO2019/086855A1中提供了进一步的细节，这些申请通过该引用被并入本文。
支撑平台21、中间移动平台22、移动平台23和基座部件26分别设置有与光轴O对准的相应中心孔，允许光从透镜组件3(图1)通过到达图像传感器12(图1)。
中间移动平台22和移动平台23以及因此透镜组件3相对于支撑平台21的移动由包括SMA线27的横向致动装置驱动，在这种情况下，包括两组四个SMA线271,272。
支撑平台21包括第一组压接部31(以下称为“静态压接部”)。中间移动平台22包括第二组压接部32和第三组压接部33(以下分别称为“移动中间压接部”和“静态中间压接部”)。移动平台23包括第四组压接部34(以下称为“移动压接部”)。
第一组压接部31和第二组压接部32压接第一组四个SMA线271，以便将它们连接到支撑平台21和中间移动平台22。类似地，第三组压接部33和第四组压接部34压接第二组四个SMA线272以便将它们连接到中间移动平台22和移动平台23。SMA线27可以垂直于光轴O或以小角度倾斜于垂直于光轴O的平面。通常，在一组中，SMA线27是非共线的。
压接部31、32、33、34具有相应的臂部35、36、37、38，这些臂部一般向内延伸至相应平台21、22、23上的着陆点，臂部35、36、37、38适当地附接到这些着陆点。
在操作中，SMA线27被选择性地驱动以相对于支撑平台21在任何横向方向(即，垂直于光轴O的方向)上移动中间移动平台22和/或移动平台23。
进一步的细节也在WO 2013/175197 A1中提供，其通过该引用被并入本文。
以第一组四个SMA线271为例，SMA线271在围绕光轴O的不同角度位置上具有环形布置，以提供两对相互垂直的相对的SMA线271。因此，每对相对的SMA线271在选择性驱动时能够在与光轴O正交的两个垂直的方向之一上移动透镜组件3。同样，在第二组四个SMA线272中，每对相对的SMA线271能够选择性地驱动，使透镜组件3在与光轴O正交的两个垂直的方向之一上移动。因此，SMA线271、272能够被选择性地驱动，使透镜组件3相对于支撑结构4移动到与光轴O正交的两个方向上的移动范围内的任何位置。运动范围的大小取决于SMA线271、272在其正常工作参数内的几何形状和收缩范围。
如下文将详细解释的那样，两组SMA线271、272的运动可以附加地组合，以移动移动平台23，从而移动透镜组件3(图1)，比仅使用一个层级和一组SMA线移动更远。
透镜组件3相对于垂直于光轴O的支撑结构4的位置(图1)通过选择性地改变SMA线27的温度来控制。这是通过使提供电阻加热的选择性驱动信号通过SMA线27来实现的。加热通过驱动电流来直接提供。冷却通过减小或停止驱动电流来提供，以允许SMA线27通过与其周围环境的传导、对流和辐射来冷却。
在加热SMA线27中的一个时，SMA线27中的应力增加并且SMA线27收缩，引起透镜组件3的移动。随着SMA温度的增加，在SMA材料从马氏体相向奥氏体相过渡的温度范围内，会出现一系列的运动。相反，在冷却SMA线27中的一个以使SMA线27中的应力降低时，该SMA线27在相对的SMA线27的力下扩张。这允许透镜组件3(图1)在相反的方向上移动。
SMA线27可以由任何合适的SMA材料制作，例如镍钛诺或另一种钛合金SMA材料。
用于SMA线27的驱动信号由在IC 7中实现的控制电路产生和提供(图1)。驱动信号由控制电路响应陀螺仪传感器8(图1)的输出信号产生，从而驱动透镜组件3的移动，以稳定由透镜组件3(图1)在图像传感器12(图1)上聚焦的图像，从而提供OIS。驱动信号可以使用电阻反馈控制技术来产生，例如，如WO 2014/076463 A1中所述，该申请通过该引用并入本文。
还参考图5，经由支撑平台21上的导电线路41、中间移动平台22上的导电线路42和移动平台23上的导电线路43，通过一组端子40实现SMA线27的电连接。在一些示例中，移动平台23是提供公共节点44的单个导电件。中间移动平台22上的导电线路42可以通过对金属片例如不锈钢进行图案化而形成。中间移动平台22可以包括用于线路42的绝缘支撑件，例如涂覆在介电材料中的金属板。
第一组SMA线271中的每个线与第二组SMA线272中的相应的线串联在相应的端子40和公共节点44(或“公共连接”)之间，公共节点44经由柔性互连45提供到公共轨道46(或“公共连接”)的返回路径。换一种方式描述，通过一个SMA线271(用于移动第一层级22(即，中间移动平台22))的电流穿过一个SMA线272(用于移动第二层级23(即，移动平台23))。通过每对SMA线271、272的电流由场效应晶体管47或任何合适的控制电路控制。
如将在下文中更详细地说明的那样，SMA线27可以以不同的方式连接，从而产生不同数量的端子。
再次参考图2至图4，致动器组件2包括围绕光轴O间隔开的四个平面支承件50，以将移动平台23支承在支撑平台21上。通常，可以使用不同数量的支承件50。优选地，使用至少三个支承件50来帮助提供稳定支撑。
每个平面支承件50包括支承构件51，在这种情况下，支承构件51采取圆柱形的形式。支承构件51可以例如通过粘合剂固定到支撑平台21。在这种情况下，支承构件51的与支撑平台21相对的一侧的表面52(“上表面”)和移动平台23的表面(未示出)(“下侧”或“向下侧”)是彼此接触的平面相适表面。可选地，支承构件51可以例如通过粘合剂固定到移动平台23。在这种情况下，支承构件51的与移动平台23相对的一侧的表面(“下表面”)(未示出)和支撑平台21的表面(未示出)(“顶侧”或“朝上侧”)是彼此接触的平面相适表面。每个支承构件51穿过中间移动平台22中的(适当加大的)相应孔53。
因此，相适部之间的接触将移动平台23直接支撑和支承在支撑平台21上，允许平行于它们的延伸范围(即垂直于光轴O)的相对运动。
支承件50可以由适当的金属或合金制成，例如具有类金刚石碳涂层的磷青铜或不锈钢。
致动器组件2还包括连接在支撑平台21和移动平台23之间的两个臂60。臂60是弹性的，并且被配置成沿光轴O提供适当保持力，并且还允许具有适当横向偏置力的横向运动。臂60还提供从支撑结构21到移动平台23的电连接，如下文所述。
在致动器组件2的组装状态下，臂60从其松弛状态偏转，使得臂60提供力(即，保持力)，该力将平台21、23偏置在一起并保持平面支承件50中的接触。同时，臂60可以横向偏转，以允许移动平台23相对于支撑平台21在垂直于光轴O的方向上移动。
臂60提供力(即，横向偏置力)，该力从围绕中心位置的任何方向向中心位置偏置移动平台23以及由此偏置透镜组件3(图1)，其中中心位置对应于与图像传感器12(图1)的感光区域的中心基本对准的透镜组件3的光轴O。结果，在没有对透镜组件3(图1)的横向运动的驱动的情况下，透镜组件3(图1)将从围绕中心位置的任何方向趋向于中心位置。这确保了即使在没有SMA线27的驱动的情况下，相机1仍然保持正常捕捉图像的功能。横向偏置力的大小保持足够低，以便不妨碍OIS，同时优选地足够高，以便在没有驱动的情况下使透镜组件3(图1)居中。
每个臂60是大致“L”形的，并围绕光轴O延伸。每个臂60的角度范围优选为至少90°(在臂60的端点之间测量)。
在本例中，臂60在移动平台23的一端与移动平台23一体形成，并在移动平台23的另一端与支撑平台21连接。或者，臂60可以与支撑平台21一体形成并连接到移动平台23，或者臂60可以是连接到两个平台21、23的独立部分。臂60可以通过焊接(提供机械连接和电连接)连接到板21、23。
臂60由提供期望的机械性能并且导电的合适的材料制成。通常，该材料是具有相对高的屈服强度的金属，例如钢，诸如不锈钢。
线连接
参照图5和图6，SMA致动器组件2包括机械串联连接在一起的两个层级22、23，并且两个层级22、23中的SMA线271,272也串联电连接。
支撑件21提供到SMA线27的四个线连接，中间移动部分22没有连接(只有SMA线271、272之间的互连)，并且移动部分23提供公共连接。
特别参考图5，考虑提供给中间移动部分22(即，第一层级22)的SMA线271，A，SMA线271，A使中间移动部分22在+x方向上移动，潜在地存在两个位置，在这两个位置SMA线272、B可以被提供给移动部分23(即，第二层级23)，其将在相同方向上移动移动部分23。SMA线272、B可以设置在与SMA线271，A相同的侧61A或相反的侧61B上。
图5示出了电流从支撑件21上的第一端子40经由支撑件21中的线路41，经由第一SMA线271，A流到中间移动部分22，经由移动中间部分23中的线路42，经由第二SMA线272、B流到移动部分23，然后经由移动部分23、弹簧臂60和支撑件21中的另一线路41回到支撑件21上的第二端子。
使用其中两个线271、A、272、B设置在同一侧61A上的布置可以在一个或更多个方面有所帮助，即(i)它可以简化中间移动部分22上所需的连接，例如，可以通过图案化单层导电材料来进行连接，(ii)中间移动部分22上的线路42的长度较短，这有助于减少由用于驱动线的PWM信号引起的对图像传感器的干扰(即图像噪声)，以及(iii)两个线271，A,272、B在相同的热环境中，因此更有可能以类似的方式驱动。
特别参考图8，在替代布置中，每个SMA线271,272能够由相应的FET47独立地控制。
第一组SMA线271中的每一SMA线271的一端连接到支撑件21上的相应端子40。SMA线271的其它端在第一层级22上连接到公共节点441(例如由导电层形成)，公共节点441经由第一柔性互连701连接到在支撑件21上的端子40。
类似地，第二组SMA线272中的每个SMA线272的一端经由第二柔性互连702连接到支撑件21上的端子40。SMA线272的其它端在第二层级23上连接到公共节点442，公共节点442经由第三柔性互连703连接到在支撑件21上的端子40。
柔性互连70可以以任何合适的方式形成。柔性互连70中的一个或更多个可形成在臂60(图4)或其它偏置弹簧(如下所述)上。在这种情况下，柔性互连70可以由臂60本身形成，或者通过在臂60上形成一个或更多个导电线路来形成(特别是在柔性互连70涉及多个(例如四个)连接的情况下)。柔性互连70中的一个或更多个可以以另一种方式形成。例如，柔性互连70可以包括柔性印刷电路，例如，如WO 2016/009200 A1中所述，该申请通过该引用并入本文。
图8的布置包括十个端子40和三个柔性互连70。
另一种布置包括有效地将到两个层级22、23的电连接相对于彼此反转。在这种情况下，用于两个层级的公共连接(“公共件”)位于中间移动部分22上。这些连接可以连接在一起并作为一个连接处理，从而减少连接的数量。
参考图9，现在将描述这种布置的示例。
在这种情况下，公共节点441、442连接到第一层级22上的节点78。节点78通过柔性互连701连接到支撑件21上的端子40。因此，图9的布置比图8的布置少包括一个端子40和一个柔性互连70。
在这种情况下，每个SMA线271,272能够由相应的FET 47独立地控制。
参考图7，示出了一种替代的电气布置，其中SMA线271、272在两个层级22、23中电并联连接。在支撑件41和层级22、23上使用适当的线路布置。因此，图7的布置少包括四个的端子40，并且可以由少四个的FET 47控制。
制造
再次参考图2至图4，如果第二层级23中的SMA线272位于第一层级22中的SMA线271正上方，则可能难以将压接工具(未示出)插入正确的位置来允许SMA线271、272被压接并因此附接到致动器2的其余部分。
参照图10，为了解决这个问题，SMA线27可以在远离致动器下组件的地方压接到支柱元件85(或“支杆”)上(步骤S1)。支杆85(在其远端具有相应的压接部32，SMA线27在压接部27之间延伸)被提供到致动器下组件2’(步骤S2)，并例如通过焊接附接到致动器下组件2'(步骤S3)。使用裁剪工具或激光器(未示出)从压接部35上拆下支杆85(步骤S4)，并且撤回支杆85(步骤S5)。
进一步的细节可以在WO 2016/189314 A1中找到，该WO 2016/189314 A1通过该引用并入本文。
因此，致动器2通过首先将支撑件21、中间移动部分22和移动部分23与支承件50组装在一起，并利用弹簧臂60保持在一起来制造。接下来，第一组线271和相应的压接部31、32附接到支撑件21和中间移动部分22，并且第二组线272和相应的压接部33、34附接到中间移动部分22和移动部分23。
支承布置及支承件的加载
在一种布置中，在中间移动部件和静态部件之间存在第一组支承件，在移动部件和中间移动部件之间存在第二组支承件。此外，在中间移动部件和静态部件之间存在一组偏置弹簧(或其它偏置布置，例如磁体)，在移动部件和中间移动部件之间存在第二组偏置弹簧(或其它偏置布置)，其中偏置弹簧加载相应的支承件。
然而，支承件和/或偏置弹簧的组的数量可以以几种方式减少。例如，可以有单组偏置弹簧，其从移动部分跨越到支撑件并加载所有支承件。可选地或附加地，移动部分可以直接支承在支撑件上。
参照图2至图4，致动器组件2具有从移动部分23跨越到支撑件21的单组偏置弹簧60，并且移动部分23直接支承在支撑件21上。
在这种情况下，中间移动部分22可以受到例如支撑件21和移动部分23之间的小间隙的约束，或者可以存在施加到中间移动部分22的弱弹簧力，以将其压在移动部分23或支撑件21上的副支承表面上。
中间移动部分22可以在操作期间(换句话说，当中间移动部分22被SMA线271、272移动时)倾斜。
尽管未在附图中示出，但移动部分23可设置有端部止动件(在此也称为“第二层级端部止动件”)，以限制移动部分23的横向移动。此外，中间部分还可以设置有其自身的端部止动件(这里也称为“第一层级端部止动件”)。这样，可以独立地保护第一组SMA线271和第二组SMA线272。
第一层级和第二层级端部止动件都可以由相对于支撑件21具有固定位置的特征形成。例如，它们可以涉及容纳件9(图1)或支撑件21的特征(例如直立构件)。第一或第二层级端部止动件可以形成在中间部分22和移动部分23之间。例如，可以存在来自移动部分23的可与来自中间部分22的相应直立构件接合的依赖构件，以便对中间部分22和移动部分23的相对横向运动提供限制(其中一个或可能两个相对于支撑件21的运动受到限制)。
如前所述，移动部分23和支撑件之间的支承件50穿过或位于中间移动部分22中的孔53中。虽然描述了平面支承件，但也可以使用球支承件或其他形式的支承件。
驱动
再次参考图8和9，在所有八根SMA线271、272可以被独立加热的情况下，堆叠和重叠的PWM波形可以被用于允许足够的功率被输送。
两组SMA线271、272可以驱动到相同的振幅。
可选地，为了节省功率和/或当只需要短的小运动时(例如，相机正在拍摄静止图像而不是视频)，可以只有一组SMA线271、272被驱动，留下另一组SMA线271,272未被提供动力的或处于低功率、零位移状态。
再次参考图5，在成对SMA线271、272串联连接的情况下，成对SMA线271、272的电阻可能很高，这可能使得难以向致动器2输送足够的功率。可以使用一个或更多个方法来能够帮助输送足够的功率。
首先，驱动电压可以增加，例如，从2.8V增加到3V，甚至增加到5V。其次，可以同时驱动所有四个线对。第三，SMA线的直径可以从25μm增加到30μm，甚至增加到35μm。
竖直或水平堆叠
在上文描述的实施例中，层级竖直堆叠，即彼此一个在另一个之上(沿z轴方向堆叠)。然而，在替代布置中，可以嵌套两个或更多个层级。例如，所述层级可全部嵌套，所述支撑件位于外侧，所述中间移动部分通常位于所述支撑件的内侧，并且所述移动部分通常位于所述中间移动部分的内侧。
附加运动
参考图11，双层级SMA致动器组件2在x-y平面内(即，垂直于光轴O)被提供延长的横向运动(或“更长的行程”)。
移动平台23以光轴O为中心。
第一层级具有行程s1x、s1y，而第二层级具有行程s2x、s2y。
移动平台23能够横向移动(即，在x-y平面内)到延长的边界100内的任何位置，该边界大于仅由其中一个层级提供的边界101。
其它变型
将理解，可以存在上述实施例的许多其他变型。
例如，可以有多于两个的层级，例如，包括第一和第二中间移动层级以及移动层级的三个层级。
移动平台不必仅在x-y平面内移动。
致动器组件不需要被配置为支撑透镜组件，并且例如，可以被配置为支撑另一类型的光学元件、图像传感器等。平台不需要包括孔。
该致动器组件不需要在相机中使用。
z轴不必对应于光轴。z轴可以对应于垂直于由移动平台和/或支撑平台的平面所定义的平面的线。z轴可以对应于垂直于由移动平台的移动方向定义的平面的线。
该致动器组件可以是任何类型的组件，其包括第一部分和相对于第一部分可移动的第二部分。致动器组件可以是或可以设置在以下任何一种装置中：智能手机、用于智能手机的保护盖或壳、用于智能手机或电子设备的功能盖或壳、相机、可折叠智能手机、可折叠智能手机相机、可折叠消费电子设备、具有折叠光学器件的相机、图像捕获设备、阵列相机、三维感测设备或系统、伺服电机、消费电子设备、移动或便携式计算设备、移动或便携式电子设备、膝上型电脑、平板计算设备、电子阅读器、计算附件或计算外围设备、音频设备、安全系统、游戏系统、游戏附件、机器人或机器人设备、医疗设备、虚拟现实系统、虚拟现实设备、可穿戴设备、无人机、飞行器、航天器、潜水船、交通工具、自动驾驶交通工具、工具、外科手术工具、遥控器、衣服、开关、刻度盘或按钮、显示屏、触摸屏、柔性表面和无线通信设备。应当理解，这是示例性设备的非穷举列表。
Claims (29)
1.一种形状记忆合金致动器组件，包括：
支撑件；
第一层级，其能够在第一平面内相对于所述支撑件沿至少两个不同的非平行方向移动；
第一组至少两个形状记忆合金线，其被配置为在所述第一平面中移动所述第一层级；
第二层级，其能够在平行于所述第一平面或与所述第一平面共面的第二平面中相对于所述第一层级沿至少两个不同的非平行方向移动；和
第二组至少两个形状记忆合金线，其被配置为在所述第二平面中移动所述第二层级；
其中，所述第一层级经由所述第一组形状记忆合金线联接到所述支撑件，并且所述第二层级经由所述第二组形状记忆合金线联接到所述第一层级，使得所述第二层级在所述第二平面中相对于所述支撑件的运动是所述第一层级相对于所述支撑件的运动和所述第二层级相对于所述第一层级的运动的组合。
2.根据权利要求1所述的致动器组件，其中：
所述第一组至少两个形状记忆合金线包括四个形状记忆合金线，所述四个形状记忆合金线包括第一对线和第二对线，所述第一对线相反地起作用用于在第一方向上移动所述第一层级，所述第二对线相反地起作用用于在不同于所述第一方向的第二方向上移动所述第一层级，并且
所述第二组至少两个形状记忆合金线包括四个形状记忆合金线，所述四个形状记忆合金线包括第三对线和第四对线，所述第三对线相反地起作用用于在所述第一方向或第三方向上移动所述第二层级，所述第四对线相反地起作用用于在所述第二方向或与所述第三方向不同的第四方向上移动所述第二层级。
3.根据权利要求1或2所述的致动器组件，还包括：
第一端子和第二端子；
其中，所述第一组形状记忆合金线中的第一形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线中的第二形状记忆合金线串联电连接在所述第一端子和所述第二端子之间，
并且其中，所述第一形状记忆合金线和所述第二形状记忆合金线协同作用以分别移动所述第一层级和所述第二层级。
4.根据权利要求1或2所述的致动器组件，还包括：
第一端子和第二端子；
其中，所述第一组形状记忆合金线中的第一形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线中的第二形状记忆合金线并联电连接在所述第一端子和所述第二端子之间，
并且其中所述第一形状记忆合金线和所述第二形状记忆合金线协同作用以分别移动所述第一层级和所述第二层级。
5.根据权利要求3或4所述的致动器组件，其中，所述第一形状记忆合金线和所述第二形状记忆合金线在所述第一层级中互连。
6.根据权利要求5所述的致动器组件，其中，所述第一层级包括由绝缘层支撑的导电层，其中所述导电层的至少一部分将所述第一形状记忆合金线和所述第二形状记忆合金线互连。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的致动器组件，其中，所述第一形状记忆合金线和第二形状记忆合金线位于所述致动器组件的同一侧。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的致动器组件，还包括：
公共节点；
其中，所述第一组形状记忆合金线中的至少第一形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线中的至少第二形状记忆合金线连接到所述公共节点；
其中所述公共节点被包括在所述第一层级中。
9.根据权利要求8所述的致动器组件，包括：
在所述支撑件和所述公共节点之间的柔性电连接。
10.根据权利要求8或9所述的致动器组件，包括：
在所述支撑件和所述第二层级之间的柔性电连接，以电连接到所述至少一个第二形状记忆合金线。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的致动器组件，还包括：
公共节点；
其中由所述第一组形状记忆合金线之一和所述第二组形状记忆合金线之一组成的至少一对形状记忆合金线串联电连接到所述公共节点；
其中所述公共节点被包括在所述第二层级中。
12.根据权利要求11所述的致动器组件，包括在所述支撑件和所述公共节点之间的柔性电连接。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的致动器组件，还包括：
五个端子，其包括第一端子至第五端子，所述第五端子为公共端子；
其中所述第一组形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线连接到所述端子，使得响应于相对于所述公共端子施加到所述第一端子至第四端子的相应信号，所述第一组形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线使所述第一层级和所述第二层级协同移动。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的致动器组件，还包括：
支承系统，其被配置为使得所述第二层级能够沿着所述第二平面中的至少两个不同的非平行的方向运动。
15.根据权利要求14所述的致动器组件，其中，所述第二层级经由所述支承系统直接支承在所述支撑件上。
16.根据权利要求15所述的致动器组件，其中，所述支承系统包括穿过所述第一层级的至少三个支承件。
17.根据权利要求14、15或16所述的致动器组件，还包括：
在所述第一层级插置在所述支撑件和所述第二层级之间的情况下通过将所述支撑件和所述第二层级推到一起来加载所述支承系统的装置。
18.根据权利要求17所述的致动器组件，其中，所述加载装置包括：
一组至少两个偏置弹簧。
19.根据权利要求18所述的致动器组件，其中，所述弹簧中的至少一个承载所述支撑件和所述第二层级之间的电连接。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的致动器组件，其中，所述加载装置包括至少一个永磁体。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的致动器组件，其中，所述第一组形状记忆合金线和/或所述第二组形状记忆合金线相对于所述第一平面倾斜，以便促使将所述支撑件和所述第二层级推到一起。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的致动器组件，还包括：
第三层级，其能够在平行于所述第一平面或与所述第一平面共面的第三平面中相对于所述第二层级沿至少两个不同的非平行方向移动；和
第三组至少两个形状记忆合金线，其被配置为移动所述第三层级；
其中第三层级插置在所述第一层级和所述第二层级之间。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的致动器组件，还包括：
附加层级，其能够垂直于所述第一平面移动；
其中所述附加层级由所述第二层级支撑。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的致动器组件，其中，所述支撑件、所述第一层级和所述第二层级在垂直于所述第一平面的方向上堆叠。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的致动器组件，其中，所述支撑件、所述第一层级和所述第二层级中的至少两个大致共面并嵌套。
26.一种系统，包括：
根据权利要求1至25中任一项所述的致动器组件；
供电轨道，其用于输送驱动电压；
一组开关设备，其用于在所述驱动电压下向相应的形状记忆合金线或相应的成对的形状记忆合金线施加驱动信号；和
控制器，其用于单独地控制所述开关设备。
27.一种光学设备，包括：
主体；
第一光学元件；
第二光学元件；和
根据权利要求1至25中任一项所述的致动器组件或根据权利要求26所述的系统；
其中所述第一光学元件和所述第二光学元件大致沿着光轴对准，并且
其中所述第一光学元件和所述致动器元件的所述支撑件相对于所述主体固定，并且所述第二光学元件由所述光学元件的第二层级支撑。
28.一种使用根据权利要求1至25中任一项所述的致动器组件的方法，所述方法包括：
使驱动信号被施加到至少一个形状记忆合金线或至少一对形状记忆合金线，每对形状记忆合金线包括所述第一组形状记忆合金线中的一个形状记忆合金线和所述第二组形状记忆合金线中的一个形状记忆合金线。
29.一种制造根据权利要求1至25中任一项所述的致动器的方法，所述方法包括：
提供支柱元件，所述支柱元件包括牺牲支柱主体和由所述牺牲支柱主体保持分开的压接耳片；
将形状记忆合金线跨过所述支柱元件的所述压接耳片展开；
折叠所述压接耳片并将所述压接耳片压在所述形状记忆合金线上，以形成将所述形状记忆合金线保持在所述压接耳片之间的压接部；
将所述压接部分别附接到所述支撑件和所述第一层级，或者分别附接到所述第一层级和所述第二层级；和
移除所述牺牲支柱主体，使所述压接部保持分别附接到所述支撑件和所述第一层级或分别附接到所述第一层级和所述第二层级。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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