CN116685883A - 致动器 - Google Patents

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安德鲁·本杰明·辛普森·布朗
罗伯特·兰霍恩
塞缪尔·阿姆斯特朗
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Cambridge Mechatronics Ltd
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Abstract

一种装置，包括支撑结构(12)、可移动元件(11)和连接在支撑结构和可移动元件之间的八根SMA线(40)，以使可移动元件能够相对于支撑结构以至少三个自由度移动。在四个侧面中的每个侧面上定位有SMA线中的两根SMA线，四个侧面围绕主轴线成环形延伸。每个侧面上的两根SMA线包括内SMA线和外SMA线。平均而言，外SMA线比内SMA线更远离主轴线。在收缩时，第一组的四根SMA线各自对可移动元件提供具有在沿着主轴线的第一方向上的分量的力，并且第二组的另外的四根SMA线各自对可移动元件提供具有在沿着主轴线的相反的第二方向上的分量的力。第一组和第二组各自包括两根内SMA线和两根外SMA线。

Description

致动器
领域
本申请涉及一种致动器，特别是一种包括提供对可移动元件的位置控制的八根SMA(形状记忆合金)线的致动器。
背景
WO 2011/104518 A1描述了一种SMA致动器，该SMA致动器使用SMA线使可移动元件相对于支撑结构移动，例如从而提供自动聚焦和光学图像稳定。八根SMA线相对于假想主轴线倾斜地布置，在主轴线周围的四个侧面中的每个侧面上都具有一对SMA线。SMA线被连接成使得在收缩时两组四根SMA线提供具有在沿主轴线的相反的方向上的分量的力，使得这些组能够提供沿主轴线的移动。每个组的SMA线具有围绕主轴线的双重旋转对称性，并且存在能够提供侧向移动或倾斜的彼此相对的SMA线。
概述
根据目前所要求保护的发明的第一方面，提供了一种致动器，该致动器包括：
支撑结构；
可移动元件；以及
八根SMA线，该八根SMA线连接在支撑结构和可移动元件之间，以便使可移动元件能够相对于支撑结构以至少三个自由度移动；
其中，在四个侧面中的每一个侧面上定位有SMA线中的两根SMA线，该四个侧面围绕主轴线成环形延伸，其中每个侧面上的两根SMA线包括内SMA线和外SMA线，其中，平均而言，外SMA线比内SMA线更远离主轴线；并且
其中，在收缩时，第一组的四根SMA线各自对可移动元件提供具有在沿着主轴线的第一方向上的分量的力，以及第二组的另外的四根SMA线各自对可移动元件提供具有在沿着主轴线的第二相反方向上的分量的力；
其特征在于，该第一组和该第二组各自包括两根内SMA线和两根外SMA线。
内SMA线各自可以具有基本相同的热环境，并且外SMA线各自可以具有与内SMA线的热环境不同的基本相同的热环境。
具有基本相同的热环境的SMA线可以具有基本相同的传递到其周围环境/从其周围环境传递的热传递速率。这可能受到接近可用作散热器的其它对象(例如可移动元件和/或支撑结构)的影响。
SMA线在不同的热环境中可能表现不同，例如，当SMA线的温度(以及因此长度)通过改变流过SMA线的电流来控制时。特别地，这种SMA线可以具有与这种控制系统相关的不同非线性。
因此，因为第一(例如向上拉动)组和第二(例如向下拉动)组各自具有两根内SMA线和两根外SMA线，所以这两个组的行为彼此相似，并且可以更有效地被控制，特别是关于可移动元件沿着主轴线的移动。
相反，在例如WO 2011/104518 A1中描述的致动器中，一组(例如向上拉动组)由内SMA线组成，而另一组(例如向下拉动组)由外SMA线组成，并且这种不平衡会导致潜在的控制问题(例如误差)。
在大多数这样的致动器中，例如由于空间限制，每个侧面上的两根SMA线交叉，使得通常，平均而言，其中一根SMA线必定比另一根SMA线更远离主轴线。
主轴线可以是穿过可移动元件的中心的轴线。
平均而言，更远离主轴线的线可以(在拉紧时)具有更远离主轴线的中点。
在每个侧面上，当沿着垂直于主轴线的方向观察时，两根SMA线可以交叉，其中，在两根SMA线交叉的点处，外SMA线可以比内SMA线更远离主轴线。
SMA线可以位于彼此平行且与主轴线平行的两个不同平面中，其中，平均而言，更远离主轴线的SMA线位于更远离主轴线的平面中。
在本文中对致动器的位置的提及可以至少适用于当可移动元件处于其操作位置范围的中心时的情况。
使可移动元件相对于支撑结构以至少三个自由度移动可以包括使可移动元件沿着主轴线移动和沿着彼此垂直并与主轴线垂直的另外两个轴线移动。使可移动元件相对于支撑结构以至少三个自由度移动可以包括使可移动元件围绕主轴线和另外的两个轴线中的至少一个旋转(或者换句话说，倾斜)。
两个相对的侧面可以各自具有第一组中的内SMA线和第二组中的外SMA线，并且另外的两个相对的侧面可以各自具有第二组中的内SMA线和第一组中的外SMA线。这有时被称为“DB”构造。
DB构造可以具有以下优点：不仅使第一(例如向上拉动)组和第二(例如向下拉动)组在内SMA线和外SMA线的数量方面平衡，而且使倾斜可移动元件的组相似地平衡。这可以避免与倾斜有关的潜在控制问题。
可选地，两个相邻侧面可以各自具有第一组中的内SMA线和第二组中的外SMA线，并且另外的两个相邻侧面可以各自具有第二组中的内SMA线和第一组中的外SMA线。
致动器可在每个侧面上包括四个连接器的布置，两根SMA线经由四个连接器连接到支撑结构和可移动元件。
对于DB构造，连接器的每个布置可以包括具有基本相同相对位置的连接器。
换句话说，尽管在致动器内定向不同，但是连接器的每个布置可以是相同的。
关于在相邻侧面上的布置，连接器的每个布置可以围绕主轴线旋转(例如90°)，并且可以围绕垂直于主轴线的轴线旋转约180°。这有时被称为“DB1”构造。
简而言之，在DB1构造中，连接器的每个布置都是相邻侧面上的布置的倒置版本(upside-down version)。
关于在相邻侧上的布置，连接器的每个布置围绕主轴线旋转(例如90°)，并围绕平行于主轴线的轴线旋转约180°。这有时被称为“DB2”构造。
简而言之，在DB2构造中，连接器的每个布置是相邻侧面上的布置的由内向外的版本(inside-out version)。
每个连接器可以经由支撑部分连接到支撑结构和可移动元件中的一者。每个连接器可以经由中间部分连接到支撑部分。
连接器可以是压接部分。每个侧面上的压接部分、中间部分和支撑部分可以统称为压接部件。
在每个侧面上，连接到可移动元件的支撑部分可以相互连接。
支撑部分、中间部分和连接器可各自形成被用于使电流流过SMA线的导电路径的一部分。连接到可移动元件的SMA线的端部可以电连接到公共端，例如接地。
在每个侧面上，支撑部分均可以是大体上平面的并且位于同一平面内。
在DB1构造中，在每个侧面上，用于外SMA线的两个连接器可以在至少部分远离主轴线的方向上偏离支撑部分的平面。
在DB2构造中：
在两个相对的侧面中的每一个侧面上，用于外SMA线的两个连接器可以在至少部分远离主轴线的方向上偏离支撑部分的平面；并且
在另外的两个相对的侧面中的每一个侧面上，用于内SMA线的两个连接器可以在朝向主轴线的方向上偏离支撑部分的平面。
偏离支撑部分的连接器可以通过成角度的中间部分连接到支撑部分。
在另外的两个相对的侧面中的每一个侧面上，支撑结构和/或可移动元件可以包括容纳用于内SMA线的至少两个连接器的空间。
相互连接的支撑部分、中间部分和连接器可以一体地形成。一体地形成的支撑部分、中间部分和连接器可以由金属片形成。
第一组和第二组中的每一组中的SMA线可以以围绕主轴线的双重旋转对称性的方式布置。
可以提供一种相机装置，该相机装置包括致动器，其中，可移动元件包括至少一个透镜，并且支撑结构包括图像传感器，其中，主轴线平行于透镜的光轴或是图像传感器的法线，并且其中，可移动元件相对于支撑结构的移动能够实现光学图像稳定和/或自动聚焦。
可替代地，可以提供一种相机装置，该相机装置包括致动器，其中，可移动元件包括具有至少一个透镜和图像传感器的模块，并且其中，可移动元件相对于支撑结构的移动能够实现模块倾斜光学图像稳定。
根据目前要求保护的发明的第二方面，提供了一种生产致动器的方法，其中，连接器的每个布置包括具有基本相同的相对位置的连接器。该方法包括：
提供可移动元件和支撑结构；
提供四个子组件，每个子组件包括四个连接器，其中在每个侧面上，两根SMA线经由四个连接器连接到可移动元件和支撑结构，其中，每个子组件包括具有基本相同的相对位置的四个连接器；以及
对于每个侧面，适当地定向子组件并将连接器附接到可移动元件和支撑结构；
其中，SMA线在将连接器附接到可移动元件和支撑结构之前或之后被附接到连接器。
连接器可以是压接部分，并且提供每个子组件可以包括：
提供支柱元件，该支柱元件成形为包括牺牲支柱主体(sacrificial strut body)和由牺牲支柱主体保持分开的四个压接片；
横跨压接片中的两个压接片铺设两根SMA线中的每一根；以及
将两个压接片折叠并将两个压接片按压在两根SMA线中的每一根上方，以形成将SMA线保持在两个压接片之间的压接部分；并且
该方法可包括在将压接部分附接到可移动元件和支撑结构之后移除牺牲支柱主体。
因此，相同或相似的子组件可以被用于每个侧面，因此潜在地减少了材料清单，简化了用于形成压接部分的工具(tooling)和/或使压接部分的形成更加一致。
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1A和图2B分别是已知SMA致动器的某些元件的俯视图和侧视图；
图1C包括已知SMA致动器的每个侧面上的压接部件的示意图；
图2是包括已知SMA致动器的相机模块的某些元件的示意横截面图；
图3A和图3B分别是第一SMA致动器的某些元件的俯视图和侧视图；
图3C包括第一SMA致动器的每个侧面上的压接部件的示意图；
图4A和图4B分别是第二SMA致动器的某些元件的俯视图和侧视图；
图4C包括第二SMA致动器的每个侧面上的压接部件的示意图；
图5A和图5B分别是第三SMA致动器的某些元件的俯视图和侧视图；
图5C包括第三SMA致动器的每个侧面上的每个压接部件的示意图，并且还包括某些元件的侧视图；以及
图6示出了可用于制造第二SMA致动器或第三SMA致动器的过程中的某些要素。
详细描述
已知SMA致动器
参照图1A和图1B，现在将描述已知SMA致动器10(也简称为已知致动器)。
已知致动器10包括通过八根SMA线w0-w7支撑在支撑结构12上的可移动元件11。
可移动元件11通常可以是任何类型的元件。当沿主轴线z观察时，可移动元件11具有正方形的形状，该正方形具有两个成对角相对的圆形的拐角。然而，更一般地，可移动元件11可以具有任何形状。支撑结构12具有带有两个部分12b(也称为支撑柱)的正方形基座12a，该两个部分12b从该基座12a延伸到由可移动元件11的圆形的拐角留下的空间中。然而，通常，支撑结构12可以是适于支撑可移动元件11的任何类型的元件。支撑结构12以允许可移动元件11相对于支撑结构12移动的方式支撑可移动元件11。在该示例中，可移动元件11仅通过SMA线w0-w7支撑在支撑结构12上，但是SMA致动器10可以包括另外将可移动元件11支撑在支撑结构12上的悬架系统。
每根SMA线w包括一段SMA线，该一段SMA线在每一端经由连接器5连接到可移动元件11和支撑结构12中的相应一个。如下面将更详细地描述的，连接器5是压接部分(并且通常将被称为压接部分)。然而，更一般地，可以使用提供机械连接的任何合适的装置。此外，例如经由压接部分5，进行与SMA线w的电连接。
每根SMA线w沿着主轴线z的侧面s延伸，垂直于主轴线z的径向假想线并且相对于主轴线倾斜。每根SMA线w保持张紧，从而在沿着主轴线z的方向上施加力的一个分量以及在垂直于主轴线z的横向方向上施加力的一个分量。
SMA材料具有以下性质：SMA材料在加热时经历固态相变，这导致SMA材料收缩。在低温下，SMA材料进入马氏体相(Martensite phase)。在高温下，SMA进入奥氏体相，这引起变形，从而导致SMA材料收缩。由于转变温度在SMA晶体结构中的统计分布，在一定温度范围内发生相变。因此，对SMA线w的加热导致它们的长度减小。SMA线w可以由任何合适的SMA材料制成，例如由镍钛诺或另一种钛合金SMA材料制成。有利地，SMA线w的材料组成和对SMA线w的预处理被选择为在一定温度范围内提供相变，该一定温度范围在正常操作期间高于预期环境温度并且尽可能宽以最大化位置控制程度。
在对SMA线w中的一根SMA线加热时，该根SMA线中的应力增加并且该根SMA线收缩。这导致可移动元件11移动。当SMA的温度增加到高于在其中发生SMA材料从马氏体相到奥氏体相的转变的温度范围时，发生一定范围的移动。相反，在冷却SMA线w中的一根SMA线使得该根SMA线中的应力降低时，且该根SMA线在来自SMA线w中的相对的SMA线的力的作用下膨胀。这允许可移动元件11在相反的方向上移动。
可移动元件11相对于支撑结构12沿主轴线z的位置通过改变SMA线w的温度来控制。这是通过使提供电阻加热的驱动电流穿过SMA线w来实现的。加热由驱动电流直接提供。通过减小或停止驱动电流来提供冷却，以允许可移动元件11由于传导到其周围环境而冷却。
两根SMA线w被布置在围绕主轴线z的四个侧面s中的每一个侧面上(即第一侧面s1、第二侧面s2、第三侧面s3以及然后第四侧面s4)。SMA线w中的在每一个侧面s上的两根SMA线(例如SMA线w6以及w7)在从主轴线z垂直观察时相对于彼此以相反的方向倾斜，且互相交叉。其上布置了SMA线w的四个侧面s1、s2、s3、s4被布置成围绕主轴线z成环形延伸。在本例中，侧面s1、s2、s3、s4是垂直的，且因此沿主轴线z观察时形成正方形，但是可替代地，侧面s1、s2、s3、s4可以采用不同的形状，例如不同的四边形形状。在该示例中，SMA线w0-w7平行于可移动元件11的正方形外壳的外表面，可移动元件11的正方形外壳方便地封装SMA致动器10，但不是必需的。
在每个侧面s上的一根SMA线w在沿主轴线z的相同方向上对可移动元件11提供力。特别地，SMA线w0、w3、w4、w7形成提供在一个方向(“向上”)的力的“第一”组并且其他SMA线w1、w2、w5、w6形成提供在相反方向(“向下”)的力的“第二”组。在本文中，“向上”和“向下”通常指沿着主轴线z的相反的方向，其中可移动元件11远离支撑结构12的基座12a的移动是“向上”的。
SMA线w0-w7具有对称布置，其中长度和倾斜角相同，使得第一组SMA线w0、w3、w4、w7和第二组SMA线w1、w2、w5、w6均以围绕主轴线z的双重旋转对称性的方式布置(即平分在相邻侧面s上并且跨越可移动元件11的正方形外壳的对角线的SMA线w之间的角度)。
作为这种对称布置的结果，SMA线w0-w7的不同组合当选择性地被致动时能够以多个自由度驱动可移动元件11的移动，如下所示。
第一组SMA线w0、w3、w4、w7和第二组SMA线w1、w2、w5、w6在共同致动时驱动沿主轴线z在不同方向上的移动。
在每一组内，相邻的SMA线对(例如一方面的SMA线w1、w6与另一方面的SMA线w2、w5)当差动致动时驱动围绕垂直于主轴线z的横向轴线倾斜。在任意方向上的倾斜可以被实现为围绕两个横向轴线的倾斜的线性组合。
多组四根SMA线(包括来自每个组的两根SMA线(例如一方面的SMA线w4、w5、w6、w7与另一方面的SMA线w0、w1、w2、w3))当共同致动时驱动沿垂直于主轴线z的横向轴线(例如，线y＝-x)的移动。在垂直于主轴线z的任意方向上的移动可以被实现为沿两个横向轴线的移动的线性组合。
控制电路可以电连接到SMA线以用于向其供应驱动电流从而驱动这些移动，例如，如WO 2011/104518 A1中所述(WO 2011/104518 A1在法律允许的最大范围内通过引用并入)。
在相机模块中的使用
尽管致动器10可以用于提供对各种类型的可移动元件11的位置控制，但是现在将参照图2描述其中致动器10被用于相机模块中的非限制性示例。
在该示例中，致动器10被用于被布置成执行自动聚焦(AF)和光学图像稳定(OIS)的相机模块中。相机模块100将被包含在诸如移动电话的便携式电子设备中。因此，微型化是一个重要的设计准则。
支撑结构12是支撑图像传感器40的相机支撑件，在图像传感器40上有实现控制电路20的IC(集成电路)芯片42。可移动元件11包括被布置成将图像聚焦到图像传感器40上的相机透镜元件41。图像传感器40捕捉图像并且可以是任何合适的类型，例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)器件。相机模块是微型(或“紧凑型”)相机模块，其中相机透镜元件41具有例如直径至多为12mm的一个或更多个透镜。
在该示例中，通过沿主轴线z横向移动相机透镜元件41来提供OIS，主轴线z平行于相机镜头元件41的光轴(并且当相机透镜元件41处于中心位置时，主轴线z可以与光轴共线)。另外，相机透镜元件41可以沿着主轴线z移动以提供AF。因此，在致动器10中组合了AF和OIS功能。
控制电路20可以如WO 2011/104518 A1中所描述的那样进行构造，以便提供该功能。
在已知SMA致动器中SMA线的布置和压接部件的构造
特别参照图1B和图1C，现在将描述在已知致动器10中的SMA线w0-w7的布置以及压接部件c的构造。
在每个侧面s(例如，在图1B中示出的第四侧面s4)上，存在两根SMA线w(如线w6、w7)，例如当沿着垂直于该侧面s的方向观察时，该两根SMA线交叉。
每个侧面s上的两根SMA线w中的每一根线经由压接部分5(也称为移动压接部分)连接到可移动元件11，并且经由压接部分5(也称为静止压接部分)连接到支撑柱12b。每个压接部分5经由支撑部分7连接到可移动元件11或支撑柱12b，支撑部分7(以任何合适的方式)附接到支撑柱12b或可移动元件11。中间部分6将每个压接部分5连接到支撑部分7。
在该示例中，连接到可移动元件11的支撑部分7相互连接。
在每个侧面s上，支撑部分7各自大体上是平面的并且位于相同平面(也称为支撑平面S(见图5C))，其中支撑平面S平行于主轴线z。可移动元件11和支撑柱12b的支撑部分7所附接到的区域也是如此。
相互连接的压接部分5、中间部分6和支撑部分7例如由金属片一体地形成。
每个侧面s上的两根SMA线w包括“内”线w(例如w7)和“外”线w(例如w6)，即，平均而言，相比于内线w，外线更远离主轴线z。内线w位于第一平面上，第一平面对应于或平行于支撑平面S，并且外线w位于与第一平面平行且相比于第一平面更远离主轴线z的第二平面。
因此，在每个侧面s上，用于外线w(例如，w6)的压接部分5在远离主轴线z的方向上偏离支撑平面S。这可以通过使相关的中间部分6成角度来实现，例如在支撑部分7和中间部分6之间具有折叠，并且在中间部分6和压接部分5之间具有相反的折叠，使得压接部分5基本上平行于支撑部分7(参见图5C，特别是压接部件c3的可移动部分的侧视图)。
用于内线w(例如，w7)的压接部分5可以类似地偏离支撑部分7，尽管程度较小，或者它们可以位于与支撑部分7基本相同的平面中。
在本文，在一个侧面s上的压接部分5、中间部分6和支撑部分7统称为压接部件c。
在第四侧面s4上的上述压接部件c4在图1C的右上角示意性地示出，其中压接部分5以它们所连接的线w(例如，w6)的下标(如6)进行标记。其他三个压接部件c1、c3、c4类似地示出。
在图1C(以及图3C、图4C和图5C)中，在同一列中的压接部件c在致动器10的相对的侧面s上，并且在同一行中的压接部件c在致动器10的相邻侧面s上。
当沿着垂直于相关的侧面s的方向观察时，在两个相对的侧面s(即，第一侧面s1和第三侧s3)上的压接部件c1、c3具有彼此相同的构造A。
当沿着垂直于相关的侧面s的方向观察时，在另外的两个相对的侧面(即，第二侧面s2和第四侧面s4)上的压接部件c2、c4均具有彼此相同的构造B。
因此，相邻侧面s(例如，s1、s2)有具有不同的构造A、B的压接部件c(例如，c1、c2)。
关于在相邻侧面s(例如，s1)上的压接部件c(例如，c1)，每个侧面s(如s2)上的压接部件c(例如，c2)具有构造A、B，构造A、B是关于包含主轴线z并且垂直于例如压接部件c的支撑平面S的平面的镜像。(当然，每个压接部件c也相对于在相邻侧面上的压接部件c围绕主轴线z旋转例如90°。)
从图1C(和图1A)可以看出，对可移动元件11向上拉的第一组的四根线w0、w3、w4、w7都是内线，以及对可移动元件11向下拉的第二组的四根线w1、w2、w5、w6都是外线。如上所述，这种布置可能导致潜在的控制问题。
示例SMA致动器
下面将描述几个SMA致动器10′、10″、10″′(也简称为致动器)。这些致动器10′、10″、10″′中的每一个都与已知致动器10相同，不同之处在于在已知致动器10中是内线的一些SMA线w在致动器10′、10″中是外线，在已知致动器10中是外线的一些SMA线w在致动器10′、10″、10″′中是内线，并且压接部件c存在相关的变化(并且，在第三致动器10″′的情况下，可移动元件11和支撑结构12也有相关的变化)。下表1对此进行了总结。
表1本文描述的致动器的四个侧面中的每一个侧面上的SMA线位置(即内或外)和组(即向上拉动(粗体)或向下拉动)和压接部件构造(“压接件”)
在第一致动器10′、第二致动器10″和第三致动器10″′中，第一组(向上拉动的)SMA线w0、w3、w4、w7以及第二组(向下拉动的)SMA线w1、w2、w5、w6各自具有两根内线和两根外线。因此，如上所述，这两个组的行为彼此相似，并且可以关于可移动元件11沿着主轴线z的移动更有效地进行控制。
第一SMA致动器
参照图3A-图3C，现在将较详细地描述第一致动器10′。
在(彼此相邻的)第一侧面s1和第二侧面s2上，第一致动器10′具有与已知SMA致动器10相同的SMA线布置w0-w4。
在(彼此相邻的)第三侧面s3和第四侧面s4上，在已知致动器10中是内线的SMA线w4、w7在第一致动器10′中是外线，并且在已知致动器10中是外线的SMA线w5、w6在第一致动器10′中是内线。
因此，在第一致动器10′中，两个相邻侧面s1、s2各自具有在第一(向上拉动的)组中的内SMA线w0、w3和在第二(向下拉动的)组中的外线w1、w2，并且另外两个相邻侧面s3、s4各自具有在第二(向下拉动的)组中的内SMA线w5、w6和在第一(向上拉动的)组中的外线w4、w7。
如上所述，由于第一(例如向上拉动的)组和第二(例如向下拉动的)组在内线和外线的数量方面是平衡的，这可以避免与可移动元件11沿着主轴线z的移动相关的潜在控制问题。
然而，第一致动器10′具有在相同组中(即，在第一(“向上”)组或第二(“向下”)组中)的相邻的SMA线w，且都是内线(线w0、w3和线w5、w5)或都是外线(线w1、w2和电线w4、w7)，且因此使可移动元件11倾斜的SMA线w的这些组并不(全部)如此平衡，以及可能存在与倾斜相关的潜在控制问题。
在第一致动器10′的第一侧面s1和第二侧面s2上的压接部件c1、c2具有与已知致动器10相同的构造A、B。
在第一致动器10′的第三侧面s3上的压接部件c3′具有构造C，其相对于在第二侧面s2上的压接部件c2围绕垂直于主轴线z和垂直于例如压接部件c的支撑平面S的轴线旋转180°。在第一致动器10′的第四侧面s4上的压接部件c4′具有构造D，其相对于在第一侧面s1上的压接部件c1围绕垂直于主轴线z和垂直于例如压接部件c的支撑平面S的轴线旋转180°。(当然，每个压接部件c还相对于相邻侧面上的压接部件c围绕主轴线z旋转例如90°。)
因此，与已知致动器10一样，第一致动器10′具有多于一种不同类型的压接部件(例如A和B)且因此不能使用下面将描述的有利的制造过程来制造。
第二SMA致动器(DB2)
参照图4A-图4C，现在将较详细地描述第二致动器10″。
在(彼此相对的)第一侧面s1和第三侧面s3上，第二致动器10″具有与已知致动器10相同的SMA线布置w0、w1、w4、w5。
在(彼此相对的)第二侧面s2和第四侧面s4上，在已知致动器10中是内线的SMA线w3、w7在第二致动器10″中是外线，以及在已知致动器10中是外线的SMA线w2、w6在第一致动器10′中是内线。
因此，在第二致动器10″中，两个相对的侧面s1、s3各自具有在第一(向上拉动的)组中的内线w0、w4和在第二组(向下拉动的)中的外线w1、w5，并且另外的两个相对的侧面s2、s4各自具有在第二组(向下拉动的)中的内线w2、w6和在第一(向上拉动的)组中的外线w3、w7。
如上所述，SMA线w的这种布置可避免与可移动元件11沿主轴线z的移动有关的潜在控制问题。此外，在相同组(即，在第一(“向上”)组或第二(“向下”)组)中的相邻的SMA线w由一根内线和一根外线组成，且因此使可移动元件11倾斜的那些SMA线组在内线和外线的数量方面也是平衡的。因此，第二致动器10″还可以避免与倾斜有关的潜在控制问题。
在第二致动器10″的第一侧面s1和第三侧面s3上的压接部件c1、c3具有与已知致动器10相同的构造A。
在第二侧面s2和第四侧面s4上的压接部件c2″、c4″具有不同的构造A*，其相对于在相邻侧面s1、s3上的压接部件c1、c3围绕垂直于主轴线z和垂直于例如压接部件c的支撑平面S的轴线旋转180°。(当然，每个压接部件c还相对于相邻侧面上的压接部件c围绕主轴线z旋转例如90°。)
简单地说，当沿着垂直于相关的侧面s的方向观察时，每个压接组件c是相邻侧面s上的压接组件c的倒置版本。
因此，第二致动器10″的压接部件c它们本身每个都是相同的，即每个都具有单独的压接部分5、中间部分6和支撑部分7的相同的相对位置。因此，第二致动器10″可以使用下面描述的有利制造过程来制造。
此外，在第二致动器10″中，第一(向上拉动的)组SMA线w具有与第二(向下拉动的)组SMA线w相同数量的偏离支撑平面S的压接部分5。与(下面描述的)第三致动器10″′相比，这具有平衡由于制造过程而产生的在偏离和非偏离压接部分5之间的任何差异的潜在优点。
第三SMA致动器(DB1)
参照图5A-图5C，现在将较详细地描述第三致动器10″′。
在SMA线w中的内线和在SMA线w中的外线方面，第三致动器10″′具有与第二致动器10″相同的SMA线w布置。
因此，第三致动器10″′可以具有与第二致动器10″相同的控制相关的优点。
在第一侧面s1和第三侧面s3上的压接部件c1、c3具有与第二致动器10″(和已知致动器10)相同的构造A。
在第三致动器10″′的第二侧面s2和第四侧面s4上的压接部件c2″′、c4″′各自具有不同的构造A′，其相对于在相邻侧面s1、s3上的压接部件c1、c3围绕平行于主轴线和穿过例如压接部件c的支撑平面S的轴线旋转180°。(当然，每个压接部件c还相对于相邻侧面上的压接部件c围绕主轴线z旋转例如90°。)
简单地说，当沿着垂直于相关的侧面s的方向观察时，每个压接组件c是相邻侧面s上的压接组件c的由内向外的版本(inside-out version)。
因此，与第二致动器10″一样，第三致动器10″′的压接部件c它们本身每个都是相同的，且因此第三致动器10″′也可以使用下面描述的过程来制造。
然而，要理解的是，在第二侧面s2和第四侧面s4上的压接部件c2″′、c4″′具有用于内线w(例如，w6)的在朝向主轴线z的方向上偏离支撑平面S的压接部分5。因此，可移动元件11和支撑结构12必须被构造(例如设置有凹槽12c)，以容纳相关的压接部分5、中间部分6和SMA线w。这在图5c中的压接部件c4″′的静止部分的侧视图中被示出。
此外，可移动元件11和支撑结构12的构造应当使得所有的内SMA线(即，线w2、w6和电线w0、w4)具有基本相同的热环境以及所有的外SMA线(即，线w3、w7和线w1、w5)也具有基本相同的热环境。例如，每根线w与可移动元件11和/或支撑结构12沿着线w的长度的接近度可以被适当地选择。
制造过程
参照图6，现在将描述可用于制造第二致动器10″或第三致动器10″′的过程。
在第一步骤S1，提供可移动元件11和支撑结构12。可移动元件11和支撑结构12可以由任何合适的材料(如模制塑料)以任何合适的方式制成。
在第二步骤S2，提供四个子组件，其中每个子组件包括压接部件c。如上所述，压接部件c它们本身每个都是相同的。子组件和压接部件c可以例如通过切割(蚀刻)和成形金属片来制造。
在该示例中，SMA线w在压接部件c附接到可移动元件11和支撑结构12之前被附接到压接部分5。这可以使用如WO 2016/189314 A1中描述的过程来执行(WO 2016/189314 A1在法律允许的最大范围内通过引用并入)。简言之，该过程可以涉及：
a.提供支柱元件，该支柱元件成形为包括牺牲支柱主体和由所述牺牲支柱主体保持分开的四个压接片；
b.跨越压接片中的两个压接片铺设两根SMA线w中的每一根；以及
c.将两个压接片折叠并按压在两根SMA线w中的每一根线上方以形成将SMA线w保持在两个压接片之间的压接部分5。
要理解的是，这些步骤中的一些，包括步骤c(压接)，可以使用特定的工具(例如压接工具)来执行。如上所述，与例如制造具有多于一个不同压接部件c的已知致动器10的过程相比，该过程的优点是简化了压接工具，和/或使压接部分5更一致地形成。
在第三步骤S3中，对于致动器10″、10″′的四个侧面中的每一个，通过将支撑部分7粘附到可移动元件11和支撑结构12上或以任何其他合适的方式，子组件被适当地定向并附接到可移动元件11和支撑结构12。然后，从子组件移除牺牲支柱主体，从而形成压接部件c。
在其它示例中，压接部件c在SMA线w附接到压接部分5之前被附接到可移动元件11和支撑结构12，和/或牺牲支柱主体可以不被使用。
其他变型
要理解的是，可以存在上述示例的许多其他变型。
例如，压接部件c可能在不同的侧面s上有不同的位置。
各个压接部分5、中间部分6和/或支撑部分7的相对位置可以在不同的侧面s上不同。
压接部件c的其他特征(例如电连接部分)在不同的侧面s上可以不同。
代替描述致动器10′、10″、10″′的元件的相对定向的上述特定旋转(或其他变换)，可以存在提供等效功能的等效旋转或变换。
上述SMA致动器组件包括SMA线。术语“形状记忆合金(SMA)线”可以指任何包含SMA的元件。SMA线可以具有适合于本文所述目的的任何形状。SMA线可以是长形的，并且可以具有圆形的横截面或任何其他形状的横截面。横截面可以沿SMA线的长度变化。也可能的是，SMA线的长度(无论定义如何)可以与SMA线的其他尺寸中的一个或更多个相似。SMA线可以是柔韧的，或者换句话说，SMA线可以是柔性的。在一些示例中，当在两个元件之间以直线连接时，SMA线只能施加迫使两个元件在一起的张力。在其他示例中，SMA线可以围绕元件弯曲，并且可以在SMA线在张力下趋于变直时向元件施加力。SMA线可以是梁状的或刚性的，并且能够对元件施加不同的力(例如非张力)。SMA线可以包括也可以不包括非SMA的(一种或更多种)材料和/或(一种或更多种)组成部分。例如，SMA线可以包括SMA的芯和非SMA材料的涂层。除非上下文另有要求，否则术语“SMA线”可以指充当单个致动元件的SMA线的任何配置，例如，该单个致动元件可以被独立地控制以产生作用于元件的力。例如，SMA线可以包括机械地并联和/或串联布置的SMA线的两个或更多个部分。在一些布置中，SMA线可以是较大区段的SMA线的一部分。这种较大区段的SMA线可以包括可单独受控制的两个或更多个部分，从而形成两根或更多根SMA线。

Claims (22)

1.一种装置，包括：
支撑结构；
可移动元件；以及
八根SMA线，其连接在所述支撑结构和所述可移动元件之间，以使所述可移动元件能够相对于所述支撑结构以至少三个自由度移动；
其中，在四个侧面中的每一个侧面上定位有所述SMA线中的两根SMA线，所述四个侧面围绕主轴线成环形延伸，其中，每个侧面上的所述两根SMA线包括内SMA线和外SMA线，其中，平均而言，相比于所述内SMA线，所述外SMA线更远离所述主轴线；并且
其中，在收缩时，第一组的四根SMA线各自对所述可移动元件提供具有在沿着所述主轴线的第一方向上的分量的力，并且第二组的另外的四根SMA线各自对所述可移动元件提供具有在沿着所述主轴线的相反的第二方向上的分量的力；
其特征在于，所述第一组和所述第二组各自包括两根内SMA线和两根外SMA线。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内SMA线各自具有基本相同的热环境，并且所述外SMA线各自具有与所述内SMA线的热环境不同的基本相同的热环境。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，两个相对的侧面各自具有在所述第一组中的内SMA线和在所述第二组中的外SMA线，并且另外的两个相对的侧面各自具有在所述第二组中的内SMA线和在所述第一组中的外SMA线。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，两个相邻侧面各自具有在所述第一组中的内SMA线和在所述第二组中的外SMA线，并且另外的两个相邻侧面各自具有在所述第二组中的内SMA线和在所述第一组中的外SMA线。
5.根据权利要求3或4所述的装置，包括在每个侧面上的四个连接器的布置，所述两根SMA线经由所述四个连接器连接到所述支撑结构和所述可移动元件。
6.根据当从属于权利要求3时的权利要求5所述的装置，其中，连接器的每个布置包括具有基本相同的相对位置的连接器。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，关于在相邻侧面上的布置，连接器的每个布置围绕所述主轴线旋转，并且围绕垂直于所述主轴线的轴线旋转约180°。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，关于在相邻侧面上的布置，连接器的每个布置围绕所述主轴线旋转，并且围绕平行于所述主轴线的轴线旋转约180°。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的装置，其中，每个连接器经由支撑部分连接到所述支撑结构和所述可移动元件中的一者，可选地，其中每个连接器经由中间部分连接到所述支撑部分。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，在每个侧面上，连接到所述可移动元件的所述支撑部分相互连接。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，在每个侧面上，所述支撑部分各自是大致平面的并且位于相同平面内。
12.根据当从属于权利要求7时的权利要求11所述的装置，其中，在每个侧面上，用于所述外SMA线的两个连接器在至少部分远离所述主轴线的方向上偏离所述支撑部分。
13.根据当从属于权利要求8时的权利要求11所述的装置，其中：
在两个相对的侧面中的每一个上，用于所述外SMA线的两个连接器在至少部分远离所述主轴线的方向上偏离所述支撑部分；并且
在另外的两个相对的侧面中的每一个上，用于所述内SMA线的两个连接器在朝向所述主轴线的方向上偏离所述支撑部分。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，偏离所述支撑部分的连接器通过成角度的中间部分连接到所述支撑部分。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的装置，其中，相互连接的支撑部分、中间部分和连接器一体地形成。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，一体地形成的支撑部分、中间部分和连接器由金属片形成。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的装置，其中，所述连接器是压接部分。
18.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，在每个侧面上，当沿着垂直于所述主轴线的方向观察时，两根SMA线交叉，其中，在所述两根SMA线交叉的点处，所述外SMA线比所述内SMA线更远离所述主轴线。
19.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述第一组和所述第二组中的每组中的SMA线以围绕所述主轴线的双重旋转对称性的方式布置。
20.一种相机模块，包括根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述可移动元件包括至少一个透镜，并且所述支撑结构包括图像传感器，其中，所述主轴线是所述透镜的光轴，或者是所述图像传感器的法线，并且其中，所述可移动元件相对于所述支撑结构的移动能够实现光学图像稳定和/或自动聚焦。
21.一种生产根据权利要求6或从属于权利要求6的任何权利要求所述的装置的方法，所述方法包括：
提供所述可移动元件和所述支撑结构；
提供四个子组件，每个子组件包括四个连接器，在每个侧面上，所述SMA线中的两根SMA线经由所述四个连接器连接到所述可移动元件和所述支撑结构，其中，每个子组件包括具有基本相同的相对位置的四个连接器；以及
对于每个侧面，适当地定向子组件并将所述连接器附接到所述可移动元件和所述支撑结构；
其中，所述SMA线在将所述连接器附接到所述可移动元件和所述支撑结构之前或之后被附接到所述连接器。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述连接器是压接部分；
提供每个子组件包括：
提供支柱元件，所述支柱元件成形为包括牺牲支柱主体和由所述牺牲支柱主体保持分开的四个压接片；
跨越所述压接片中的两个压接片铺设所述两根SMA线中的每一根；以及
将所述两个压接片折叠并按压在所述两根SMA线中的每一根上方，以形成将所述SMA线保持在所述两个压接片之间的压接部分；并且
所述方法包括在将所述压接部分附接到所述可移动元件和所述支撑结构之后移除所述牺牲支柱主体。
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