KR20230024927A - 액추에이터 - Google Patents

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KR20230024927A
KR20230024927A KR1020227046455A KR20227046455A KR20230024927A KR 20230024927 A KR20230024927 A KR 20230024927A KR 1020227046455 A KR1020227046455 A KR 1020227046455A KR 20227046455 A KR20227046455 A KR 20227046455A KR 20230024927 A KR20230024927 A KR 20230024927A
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앤드류 벤자민 심슨 브라운
제임스 하워스
로버트 랭혼
르네 키스트
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캠브리지 메카트로닉스 리미티드
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Abstract

형상 기억 합금(SMA) 액추에이터에 있어서, 지지 구조; 상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분; 상기 지지 구조 및 상기 가동 부분을 연결하는 복수의 SMA 컴포넌트들 - 상기 SMA 컴포넌트들은 상기 가동 부분의 위치 및/또는 배향(orientation)을 2 이상의 자유도로 제어 가능하게 변경하도록 작동 가능함 - ; 정상 작동(normal operation) 중에 제1 작동 모드로, 이벤트에 응답하여 제2 작동 모드로 상기 SMA 컴포넌트들의 상기 작동을 제어하는 컨트롤러; 및 상기 제2 작동 모드 중에, 상기 복수의 SMA 컴포넌트들의 서브세트와 함께 상기 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지하도록 구성된 수단을 포함하는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터.

Description

액추에이터
본 출원은 액추에이터, 특히 복수의 형상기억합금(SMA) 컴포넌트들을 포함하는 액추에이터에 관한 것이다.
WO 2011/104518 A1은 예를 들어, 광학 이미지 안정화 및/또는 자동 초점을 제공하기 위해 SMA 와이어를 사용하여 지지 구조 상에 지지되는 가동 부분을 움직이는 액추에이터 어셈블리를 설명한다. 이 예에서는 8개의 SMA 와이어가 개념상(notional) 기본 축(또는 광축)을 기준으로 기울어진 상태로 기본 축을 중심으로 4면 각각에 SMA 와이어들의 페어와 함께 어레인지된다. SMA 와이어는 수축 시 4개의 SMA 와이어로 구성된 두 그룹이 컴포넌트에 기본 축을 따라 반대 방향으로 힘을 가하여 그룹이 기본 축을 따라 이동하도록 연결된다. 각 그룹의 SMA 와이어는 기본 축을 중심으로 2중 회전 대칭을 이루므로 SMA 와이어가 서로 마주보고 있어 측면 이동에 영향을 준다.
소형 카메라에서의 SMA 와이어들의 사용은 정확하고 안정적인 렌즈 캐리지(carriage)에서의 움직임을 제어하는 방법을 제공한다. 그러나 SMA 와이어는 섬세하기 때문에 소형 카메라의 수명이 다하는 동안 손상을 입을 수 있다. 예를 들어 SMA 와이어가 서로 마찰되면 마모가 심할 수 있으며 과도한 응력, 고온 또는 과도한 변형이 가해지면 끊어질 수 있다. 멀티 와이어 액추에이터에서 SMA 와이어가 손상되면 카메라 어셈블리를 사용할 수 없게 될 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 와이어가 손상되더라도 렌즈 캐리지에서 부분적인 제어를 유지하여 카메라에서 전체 또는 제한된 기능을 계속 제공하기 위한 수단을 제공한다.
본 실시예의 제1 양태에 따르면, 다음을 포함하는 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터가 제공된다.
지지 구조; 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분; 지지 구조 및 가동 부분을 연결하는 복수의 SMA 컴포넌트들 - 상기 SMA 컴포넌트들은 상기 가동 부분의 위치 및/또는 배향(orientation)을 2 이상의 자유도로 제어 가능하게 변경하도록 작동 가능함 - ; 정상 작동(normal operation) 중에 제1 작동 모드로, 이벤트에 응답하여 제2 작동 모드로 상기 SMA 컴포넌트들의 상기 작동을 제어하는 컨트롤러; 및 상기 제2 작동 모드 중에, 상기 복수의 SMA 컴포넌트들의 서브세트(subset)와 함께 상기 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지하도록 구성되는 수단을 포함한다.
SMA 액추에이터는 카메라 어셈블리 또는 휴대폰용 마이크로 액추에이터일 수 있다. 가동 부분은 길이 방향 축을 따라 광축을 갖는 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 SMA 액추에이터는 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(OIS), 오토포커스(AF) 및 줌(zoom) 중 하나 이상을 제공한다.
SMA 액추에이터는 가동 부분(예: 렌즈 캐리지)에 직접 또는 굴곡을 통해 연결될 수 있는 하나 이상의(예를 들어, 긴) SMA 컴포넌트를 포함할 수 있다. 후자의 경우 SMA 컴포넌트의 수축으로 인한 움직임이 굴곡을 통해 전달될 수 있다.
SMA 컴포넌트는 임의의 적절한 형상 기억 합금 소재, 일반적으로 니켈-티타늄 합금(예: 니티놀)으로부터 형성될 수 있지만, 구리와 같은 3차 컴포넌트들도 함유할 수 있다. SMA 컴포넌트는 용도에 적합한 임의의 단면 프로파일 및 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, SMA 컴포넌트는 각각 25μm 또는 30μm 또는 35μm의 단면 직경을 갖는 SMA 와이어일 수 있으며, SMA 와이어의 변형률을 안전한 한계(예: 원래 길이에 비해 2-3% 감소)내에서 유지하면서도 120mN 이상 400mN 사이의 최대 힘을 생성할 수 있다. 각 SMA 와이어의 직경을 25μm에서 35μm로 늘리면 SMA 와이어의 단면적이 약 두 배로 늘어나므로 각 SMA 와이어에 의해 제공되는 힘이 약 두 배로 늘어난다.
복수의 SMA 컴포넌트는 한 쌍의 SMA 와이어, 개별적으로 또는 쌍으로 어레인지된 4개의 SMA 와이어, 개별적으로 또는 4개 그룹으로 어레인지된 8개의 SMA 와이어를 포함할 수 있다. 복수의 SMA 와이어는 가동 부분의 4면 주위에 고르게 분포되는 것이 바람직하다. SMA 와이어는 광축을 중심으로 2중 또는 4중 대칭으로 어레인지되는 것이 바람직하다.
선택적으로, 이벤트는 SMA 컴포넌트들 중 적어도 하나에서 이상을 검출하는 단계 및/또는 컨트롤러에서 명령을 수신하는 단계를 포함한다. 컨트롤러는 이벤트에 기초하여 하나 이상의 선택된 SMA 컴포넌트를 선택할 수 있다.
정상 작동 중에, 컨트롤러는 제1 작동 모드에서 가동 부분을 제어하는데, 이 모드에서는 가동 부분의 '완전한' 제어를 제공하기 위해 모든 SMA 와이어에 전원이 공급되고 장력이 가해질 수 있다(예: SMA 와이어가 반대 방향이기 때문에). 이벤트의 발생을 검출하면, 컨트롤러는 제2 작동 모드에서 작동하여 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 제공한다. 특정 이벤트(예: 특정 와이어 또는 와이어들에서의 이상)에 맞게 각각 조정된 추가 작동 모드가 있을 수 있다. 제2 작동 모드는 메모리 또는 컨트롤러에 저장될 수 있고, 공장 기본값이거나 사용자 입력에 의해 조정될 수 있다.
예를 들어 SMA 와이어 중 하나가 손상되거나 최악의 경우 스냅되거나(snapped) 끊어질(broken) 수 있다. 이러한 이상(abnormality)은 컨트롤러에 의해 검출될(detected) 수 있으며, 이때 측정된 저항은 정상 작동 중에 검출된 저항보다 상당히 높을 수 있다. 기타 이상은 SMA 와이어의 불완전함(faulty) 또는 결함(defective)으로 인한 가동 부분의 잘못된 위치 지정뿐만 아니라, 작동 중 매우 높거나 낮은 온도를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 저항 측정 회로, 홀 센서(hall sensor)와 같은 위치 센서 및 기타 적절한 수단 중 하나 이상에 의해 이러한 이벤트를 감지할 수 있다.
이벤트는 또한 컨트롤러에서 커맨드를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 명령은 인터페이스에서의 사용자 입력일 수도 있고 시스템에서 생성된 입력일 수도 있다. 예를 들어, 이벤트는 에너지 절약을 위한 명령일 수 있다. 이러한 명령을 수신하면, 액추에이터는 전력 소비를 줄이기 위해 복수의 SMA 와이어 중 하나 이상이 비활성화되는 제2 작동 모드로 전환될 수 있다.
제2 작동 모드에서, 액추에이터는 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지한다. 예를 들어, 가동 부분은 1이상의 자유도 내에서 이동하는 능력이 저하될 수 있다(이러한 자유도에서의 움직임은 예를 들어 이러한 자유도에서의 제어되지 않은 움직임을 제한하기 위해 일반적으로 제어된다). 대안적으로, 가동 부분은 제1 작동 모드에서와 동일한 자유도로 이동 가능한 상태로 유지되지만 성능이 저하된 상태, 예를 들어 속도 감소 또는 이동 범위 감소로 유지될 수 있다.
선택적으로, 복수의 SMA 컴포넌트는 각각의 서브그룹 내에서 장력을 밸런싱하도록 각각 구성된 적어도 2개의 서브그룹으로 나뉘어지고, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 나머지 SMA 컴포넌트를 작동시키는 동안 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 서브그룹 내의 모든 SMA 컴포넌트를 비활성화하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 서브 그룹은 SMA 컴포넌트 각각에 장력을 유지하면서 액추에이터의 각 측면에 각각 위치된 4개의 SMA 컴포넌트를 포함할 수 있다. 서브그룹 각각의 SMA 와이어는 텐션 그룹으로 설명될 수 있다. 유리하게도, 전체 서브 그룹 내의 모든 SMA 와이어를 비활성화함으로써, 이러한 어레인지먼트는 불균형한 힘에 의해 야기되는 가동 부분에 대한 기울어짐이나 바람직하지 않은 영향을 방지할 수 있다. 다른 서브 그룹의 SMA 와이어는 가동 부분의 전체(또는 부분)적인 제어를 제공하기 위해 작동 상태를 유지할 수 있다.
대안적으로, 복수의 SMA 컴포넌트는 축(지지 구조 및 가동 부분을 통해 연장될 수 있음), 예를 들어 광축을 중심으로 회전 대칭으로 어레인지된 SMA 컴포넌트 쌍을 포함하고, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 나머지 SMA 컴포넌트를 작동시키는 동안 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 쌍 내의 SMA 컴포넌트 둘 다를 비활성화하도록 구성된다. 유사하게, 반대 방향으로 어레인지된 SMA 와이어는 페어로 동작하여 가동 부분의 이동에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 결함이 있는 SMA 와이어를 갖는 한 쌍의 SMA 와이어를 비활성화함으로써, 한 쌍의 SMA 와이어에서의 힘의 불균형 문제를 유리하게 완화할 수 있다.
대안적으로, 바람직하게는, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 나머지 SMA 컴포넌트를 작동시키는 동안 선택된 SMA 컴포넌트를 비활성화하도록 구성된다. 결함이 있거나 선택된 SMA 컴포넌트의 비활성화로 인한 불균형한 힘에 대항하여 그룹 내 나머지 SMA 컴포넌트의 장력을 유지하기 위해 바이어싱 요소(biasing element) 또는 서스펜션 시스템이 요구될 수 있다. 유리하게도, 이러한 어레인지먼트는 나머지 모든 SMA 컴포넌트에서의 작동을 허용할 수 있다.
선택적으로, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 제1 작동 모드 동안 적용된 것과 상이한 제어 알고리즘을 적용한다. 예를 들어, 작동 가능한 상태로 유지되는 SMA 컴포넌트 중 일부 또는 전체가 비활성화된 SMA 컴포넌트를 보완하기 위해 상이하게 수축(예: 더 높은 온도에서 작동)할 수 있다. 유리하게도, 이러한 어레인지먼트는 가동 부분의 완전한 제어 가능성을 개선하거나 심지어 달성할 수도 있다.
대안적으로, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 제1 작동 모드 동안 적용된 것과 동일한 제어 알고리즘을 적용할 수 있다. 즉, 컨트롤러는 작동 가능한 상태로 유지되는 SMA 컴포넌트를 제어하기 위해 동일한 제어 알고리즘을 계속 사용한다.
선택적으로, 전술한 수단은 제2 작동 모드 동안 작동 가능한 SMA 컴포넌트에서의 장력을 유지하기 위한 바이어싱 요소를 포함한다. 선택적으로, 제2 작동 모드 동안, 컨트롤러는 가동 요소를 바이어싱 요소에 대해 멀리 또는 반대 방향으로 이동시키도록 구성된다. 예를 들어, 바이어싱 요소는 SMA 컴포넌트에 전원이 공급되지 않을 때 가동 부분을 디폴트(또는 중앙) 위치로 되돌리거나 유지하는 스프링 플레이트, 자석 또는 겔(gel)일 수 있다. 따라서, 제2 작동 모드 동안, SMA 컴포넌트는 가동 부분을 바이어싱 요소로부터 멀어지거나 반대 방향으로 이동하게 할 수 있으며, 따라서 가동 부분에 작용하는 편향력이 가동 부분에 복귀하는 힘을 제공할 뿐만 아니라 SMA 컴포넌트 내의 장력을 균형있게 유지할 수 있다.
선택적으로, 상기 수단은 서스펜션 시스템을 포함하며, 상기 서스펜션 시스템은 가동 부분의 제어를 유지하기 위해 가동 부분 내에서 적어도 1 자유도 내에서 움직임을 반대하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 서스펜션 시스템은 복수의 SMA 컴포넌트가 2중 또는 4중 회전 대칭으로 어레인지되는 축(지지 구조 및 가동 부분, 예를 들어 광축을 통해 연장될 수 있음)을 중심으로 가동 부분의 회전을 제한하도록 구성될 수 있다. WO 2011/104518의 8선 액추에이터를 예로 들면, 정상 작동 모드에서 가동 부분의 움직임은 두 개의 SMA 와이어로 구성된 두 그룹의 작동을 기준으로 6 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어 손상으로 인해 SMA 와이어가 비활성화되면 동일한 그룹에 있는 다른 세 개의 SMA 와이어의 장력은 명목상(편향력이 없는 경우) 0으로 감소한다. 그러나 다른 SMA 와이어 그룹은 계속 작동할 수 있다. 유리하게도, rotZ와 같은 (광)축을 중심으로 한 회전 운동을 제한함으로써 회전 운동 rotZ를 축 운동 Z로 변환할 수 있다. 따라서 이러한 어레인지먼트는 축을 따른 움직임을 완전히 제어하거나 거의 완전히 제어할 수 있다.
선택적으로, 제2 작동 모드 동안, 컨트롤러는 가동 부분의 제어를 다른 방향으로 유지하면서 가동 부분을 적어도 하나의 자유도로 가동 범위의 끝쪽으로 이동시키도록 구성된다. 상기 가동 범위의 끝은 엔드 스톱 및/또는 벽에 의해 정의될 수 있다. 즉, 엔드 스톱 및/또는 벽은 이동 경로에 위치되어 가동 부분이 상기 이동 범위를 벗어나는 것을 방지한다. 경우에 따라 엔드 스톱은 지지 구조의 측벽 또는 스크리닝 캔(screening can)일 수 있다. 예를 들어, 제2 작동 모드 동안, 컨트롤러는 가동 부분의 제어를 유지하기 위해 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽의 표면을 따라 미끄러지도록 가동 부분을 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, SMA 와이어는 어느 자유도에서든 가동 부분을 엔드 스톱에 대하여 구동하여 다른 작동 가능한 SMA 컴포넌트에서의 장력을 유지할 수 있다. 나머지 SMA 와이어를 작동시키면, 가동 부분은 엔드 스톱의 표면을 따라 구동될 수 있다. 바람직하게는, 엔드 스톱(end stop)은 마찰을 줄이고 이러한 움직임을 용이하게 하기 위해 PTFE 코팅과 같은 저마찰 표면을 포함한다.
선택적으로, 상기 수단은 제2 작동 모드 동안 다른 것에 대해 적어도 1 자유도의 제어를 유지하는 것을 우선시한다. 선택적으로, 수단은 제2 작동 모드 동안 지지 구조 및 가동 부분을 통해 연장되는 축을 따라 제어를 유지하는 것을 우선시하며, 복수의 SMA 컴포넌트는 축을 중심으로 2중 또는 4중 회전 대칭으로 어레인지된다. 선택적으로, 가동 부분은 광축을 갖는 렌즈를 포함하며, 상기 수단은 자동 초점(AF)을 제공하기 위해 제2 작동 모드 동안 광축을 따른 제어를 유지하는 것을 우선시한다.
본 실시예의 제2 양태에 따르면, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터를 제어하기 위한 방법이 제공되며, SMA 액추에이터는 지지 구조 및 가동 부분을 연결하는 복수의 SMA 컴포넌트를 구비하며, 각 SMA 컴포넌트는 제1 작동 모드에서 가동 부분의 위치 및/또는 배향을 2 이상의 자유도로 제어(예를 들어, 제어 가능하게 변경)하도록 작동 가능하며, 상기 방법은 다음을 포함한다.
이벤트를 검출하고(이에 응답하여) 제2 작동 모드에서 작동시키는 단계,
제2 작동 모드 중에, 복수의 SMA 컴포넌트들의 서브세트로 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지하는 단계.
선택적으로, 이벤트는 SMA 컴포넌트들 중 적어도 하나에서 이상을 검출하는 단계 및/또는 컨트롤러에서 명령을 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 이벤트에 기초하여 하나 이상의 SMA 컴포넌트를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 복수의 SMA 컴포넌트들은 각각의 서브그룹 내에서 장력을 밸런싱하도록 각각 구성된 적어도 2개의 서브그룹으로 분할되며, 상기 방법은 다음을 포함한다.
제2 작동 모드에서 나머지 SMA 컴포넌트를 작동하는 동안 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 서브 그룹에서의 모든 SMA 컴포넌트들을 비활성화하는 단계.
대안적으로, 복수의 SMA 컴포넌트는 축(지지 구조 및 가동 부분을 통해 연장될 수 있음)을 중심으로 회전 대칭으로 어레인지된 한 쌍의 SMA 컴포넌트들을 포함하며, 상기 방법은 다음을 포함한다.
제2 작동 모드중에, 나머지 SMA 컴포넌트를 작동하는 동안 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 페어(pair)에서의 두 SMA 컴포넌트를 모두 비활성화하는 단계.
대안적으로, 바람직하게는, 상기 방법은 제2 작동 모드 동안 나머지 SMA 컴포넌트를 동작시키는 동안 선택된 SMA 컴포넌트를 비활성화하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 제2 작동 모드 동안, 제1 동작 작동 모드 동안 적용된 것과 다른 제어 알고리즘을 적용하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 제2 작동 모드 동안 상기 가동 요소를 상기 바이어싱 요소에 대해 멀리 또는 반대 방향으로 구동시키는 단계를 포함한다.
선택적으로, 본 방법은 가동 부분의 제어를 다른 방향으로 유지하면서 가동 부분을 적어도 1 자유도로 가동 범위의 끝으로 이동시키는 단계를 포함한다.
선택적으로, 방법은 제2 작동 모드 동안 가동 부분의 제어를 유지하기 위해 상기 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽의 표면을 따라 미끄러지도록 상기 가동 부분을 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 엔드 스톱 및/또는 벽은 상기 가동 범위의 끝을 정의한다.
선택적으로, 상기 방법은 제2 작동 모드 동안, 제1 동작 작동 모드 동안에 적용된 것과 동일한 제어 알고리즘을 계속 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제1 양태로부터의 특징은 제2 양태에서의 임의의 특징과 조합될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 예시로만 설명될 것이다.
도 1은 액추에이터 어셈블리의 예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 액추에이터 어셈블리의 측면도이다.
도 3은 도 1의 액추에이터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 액추에이터 어셈블리의 개략도이다.
도 5는 도시된 임의의 액추에이터 어셈블리와 관련하여 사용될 수 있는 제어 회로의 개략도이다.
도 6a는 회전하지 않는 첫 번째 일반 베어링의 평면도이다.
도 6b는 회전하지 않는 첫 번째 일반 베어링의 변형 상태에 대한 평면도이다.
도 7은 액추에이터 어셈블리를 제어하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 액추에이터 어셈블리의 또 다른 예의 개략도이다.
도 9는 작동 위치(A)와 고정 위치(B)에 있는 액추에이터 어셈블리의 또 다른 예의 개략도이다.
도 1 내지 4를 참조하여, 소형 카메라에 사용하기에 적합한 액추에이터 어셈블리(1)의 첫 번째 예가 이제 설명될 것이다.
액추에이터 어셈블리(1)는 고정 부분(10) 및 이동 부분(20)을 포함한다. 이동 부분(20)은 카메라 렌즈(25)를 고정하기 위한 원통형 개구부(20a)를 구비한다(도 4에만 도시됨). 카메라 렌즈(25)는 렌즈 또는 렌즈 어셈블리를 포함한다. 따라서 이동 부분(20)은 이하 렌즈 홀더라고 지칭된다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 렌즈 홀더(20)는 8개의 SMA 와이어(30)에 의해 고정 부분(10) 상에 지지된다. 렌즈 홀더(20)는 SMA 와이어(30)에 의해 구동되는 고정 부분(10)에 대해 6 자유도, 즉 3개의 직교 병진 자유도 및 3개의 직교 회전 자유도로 이동할 수 있다.
액추에이터 어셈블리(1)의 다양한 특징들의 위치 및 배향은 고정 부분(20)을 참조하여 정의된 주 축(primary axis) P를 참조하여 편리하게 설명될 수 있다. 넓게 말하자면, 주 축 P는 액추에이터 어셈블리(1)의 (2중)회전 대칭 축에 대응한다. 주 축 P는 일반적으로 카메라 렌즈(25)가 액추에이터 어셈블리(1)의 중앙에 어레인지될 때 카메라 렌즈(25)의 광축에 대응한다.
액추에이터 어셈블리(1)는 고정 부분(10)을 렌즈 홀더(20)에 연결하는 2개의 암(5)의 세트를 포함한다. 무엇보다도, 암(5)은 고정 부분(10)으로부터 SMA 와이어(30)의 이동 단부(즉, 렌즈 홀더(20)에 연결된 SMA 와이어(30)의 단부)로의 전기 연결을 제공한다. 따라서 암(5)은 때때로 공통 연결(common connections)이라고 지칭된다.
액추에이터 어셈블리(1)는 또한 쉴드 레이어(14) 및 스크리닝 캔(15)을 포함한다(도 1 및 2에서는 생략됨). 이들 컴포넌트(14, 15)는 고정 부분(10)에 부착된다. 스크리닝 캔(15)은 렌즈 홀더(20)의 이동을 허용하기에 충분한 간격을 두고 렌즈 홀더(20) 주위로 연장된다. 스크리닝 캔(15)은 물리적 손상 및 먼지의 침입으로부터 액추에이터 어셈블리(1)를 보호한다.
고정 부분(10)은 베이스 플레이트(10a) 및 베이스 플레이트(10a)의 대향 모서리에 제공된 두 개의 고정 포스트(static post)(10b)를 포함한다. 고정 포스트(10b)는 베이스 플레이트(10a)에 부착되거나 베이스 플레이트(10a)와 일체형으로 형성될 수 있다. 2개의 크림프(crimp) 어셈블리(13)는 2개의 고정 포스트(10b) 각각에 부착된다. 베이스 플레이트(10a)는 이미지 센서(미도시)를 홀딩하도록 구성된다.
렌즈 홀더(20)는 고정 포스트(10b) 중간에 있는 베이스 플레이트(10a)의 모서리에 정렬된 2개의 이동 포스트(20b)를 포함한다. 2개의 크림프 어셈블리(23)는 2개의 이동 포스트(20b) 각각에 부착된다. (크림프 어셈블리(23)중 두 개는 도 1에서 생략되었다.)
SMA 와이어(30)는 일 단부는 고정 부분의 크림프 어셈블리(13)에, 타 단부는 렌즈 홀더(20)의 크림프 어셈블리(23)에 크림핑됨으로써 고정 부분(10)과 렌즈 홀더(20) 사이에 연결된다. 크림프 어셈블리(13, 23)는 기계적 연결부 및 전기적 연결부 역할을 한다. 동일한 이동 포스트(20b) 상의 크림프 어셈블리(23)는 둘 다 암(5)(즉, 공통 연결)중 하나에 전기적으로 연결된다.
SMA 와이어(30)는 렌즈 홀더(20) 주위에서 WO2011/104518 A1에 설명된 액추에이터 어셈블리 내의 SMA 와이어와 동일한 구성을 가진다. 구체적으로, 2개의 SMA 와이어(30)는 주 축 P를 중심으로 네 개의 측면 각각에 어레인지되고, 주 축 P에 대해 직각으로 볼 때 서로 반대 감각으로 기울어져 있고 서로 교차하여 주 축 P에 대해(즉, 0°보다 큰 예각으로) 기울어져 있다. 따라서, 특히, SMA 와이어(30) 각각은 주 축 P에 대해 그리고 서로에 대해 기울어져 있다. 자세한 내용은 본 참조 자료에 수록된 WO 2011/104518 A1에 제공된다.
SMA 와이어(30)의 선택적 수축은 렌즈 홀더(20)의 움직임을 6 자유도 중 임의의 각도로 구동할 수 있다. 이러한 움직임은 이하 3차원(3D) 운동이라고 지칭된다. SMA 와이어(30)의 수축 및 확장은 구동 신호를 선택적으로 인가함으로써 생성된다. SMA 와이어(30)는 구동 신호에 의해 저항 가열되고 구동 신호의 전력이 감소될 때 주변으로의 열 전도에 의해 냉각된다.
따라서, SMA 와이어(30)는 렌즈 홀더(20)의 주 축 P를 따른 병진 이동에 의한 자동초점(AF) 기능과 주 축 P에 수직인 렌즈 홀더(20)의 병진 이동에 의한 1차 이미지 안정화(OIS)기능 모두를 제공하는데 사용될 수 있다.
도 5는 각 SMA 와이어(30)를 모니터링하고 제어하기 위한 제어 회로의 개략도이다. 보다 구체적으로, 구동 신호는 제어 회로(12)에 의해 생성되고 SMA 와이어(30)에 공급될 수 있다. 이러한 제어 회로는 렌즈 홀더(20)에 대한 원하는 위치를 나타내는 입력 신호를 수신하고, 렌즈 홀더(20)를 원하는 위치로 구동하도록 선택된 전력을 갖는 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호의 전력은 펄스 폭 변조를 사용하여 선형이거나 가변될 수 있다. 구동 신호는 저항 피드백 제어 기술을 사용하여 생성될 수 있으며, 이 경우 제어 회로(12)는 SMA 와이어(30)의 저항을 측정하고 측정된 저항을 피드백 신호로서 사용하여 구동 신호의 전력을 제어한다.
보다 구체적으로, 제어 회로(12)는 각 SMA 와이어(30)에 대한 제어 신호에 따라 각 SMA 와이어(30)에 대한 구동 신호를 생성하는 구동 회로(12a)를 포함한다. 구동 회로(12a)는 각 SMA 와이어(30)에 대한 정전압 또는 정전류 소스를 포함할 수 있다. 구동 회로(12a)에 의해 생성된 구동 신호는 펄스폭 변조(PWM)신호일 수 있다.
제어 회로(12)는 또한 SMA 와이어(30) 각각의 저항 측정치를 검출하는 검출 회로(12b)를 포함하며, 와이어의 저항은 와이어의 길이와 관련된다. 구동 회로(12a)가 정전류 소스를 포함하는 경우, 검출 회로(12b)는 예를 들어 각 SMA 와이어(30) 양단의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 회로를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 검출 회로(12b)는 전류 검출 회로를 포함할 수 있다.
제어 회로(12)는 또한 타겟 저항값을 설정하는 설정 유닛(12c)을 포함한다. 타겟 저항값은 각 와이어에 대해 또는 다양한 와이어 저항 조합에 대해 설정될 수 있다. 또한, 고정 부분(10)에 대한 렌즈 홀더(20)의 3D 이동의 자유도에 해당하는 와이어 저항의 조합이 선택될 수 있다. 이제 설명될 예에서는 타겟 저항값이 각각의 자유도, 즉, tx, ty 및 tz(x, y 및 z축을 따른 변환 위치를 나타냄) 및 rx, ry 및 rz(x, y 및 z축 주위의 회전 위치를 나타내며, 여기서 z축은 주 축 P와 대응)와 관련하여 설정된다. 설정 유닛(12c)은 렌즈 홀더(20)의 원하는 위치 및 배향에 따라 타겟 저항값을 설정하여, 예를 들어 rx, ry 및 rz를 일정하게 유지하면서 tx 및 ty를 변경함으로써 tz 및/또는 OIS를 변화시킴으로써 자동 초점을 수행한다.
제어 회로(12)는 또한 각 자유도에 대한 오류 검출기(12d)를 포함한다. 각 에러 검출기(12d)에는 타겟 저항값 중 하나와 SMA 와이어(30)의 검출된 저항 측정치가 각각 공급된다.
각 오류 검출기(12d)는 관련 자유도에 대한 피드백 값을 결정하는 피드백 측정 유닛(12e)을 포함한다. 피드백 값은 SMA 와이어(30)의 검출된 저항 측정치를 해당 자유도에서의 움직임에 대한 SMA 와이어(30)의 기여도에 상응하는 스케일링 인자를 갖는 선형 합계이다. 이는 SMA 와이어(30)의 형상에 따라 의존한다. 예를 들어, x축인 rotx를 중심으로 한 렌즈 홀더(20)의 회전 위치는 a, b, e 및 f로 라벨링된 4개의 SMA 와이어(30)의 길이 및 저항 R의 함수일 수 있으며, SMA 와이어(30)는 rotx = K ×(Ra - Rb + Re - Rf)와 같은 대칭 구성을 가질 수 있으며, 여기서 K는 비례 상수이다.
각 오류 검출기(12d)는 또한 해당 자유도에 대한 타겟 저항값과 피드백 값 사이의 오차를 결정하는 비교기(12f)를 포함한다. 오차는 오프셋 O에 의해 추가로 조정된다. 이 예에서, 조정은 비교기(12f)에 의해 결정된 오차를 오프셋함으로써 적용된다. 그러나 타겟 저항값 또는 피드백 값을 오프셋하는 등 상이한 방식으로 조정이 수행될 수 있다는 점은 이해될 것이다.
조정된 오차는 에러 검출기(12d)로부터 매트릭스 컨트롤러(12g)로 공급되며, 매트릭스 컨트롤러(12g)는 조정된 오차에 따라 구동 신호의 전력을 제어하도록 각 SMA 와이어(30)에 대한 제어 신호를 결정한다. 매트릭스 컨트롤러(12g)는 조정된 오차를 줄이기 위해 폐쇄형 루프 제어 알고리즘을 사용한다.
이해되는 바와 같이, 설정 유닛(12c), 오류 검출기(12d) 및 매트릭스 컨트롤러(12g)는 (공통적으로 또는 독립적으로 작동하는) 하나 이상의 프로세서에서 구현될 수 있다.
자세한 내용은 본 참조 자료에 수록된 WO 2017/098249 A1에서 제공된다.
특히 도 4를 참조하면, 액추에이터 어셈블리는 고정 부분(10)과 렌즈 홀더(20) 사이에 연결되고 주 축(P)을 중심으로 한 고정 부분(10)에 대한 렌즈 홀더(20)의 회전을 저항하도록 구성된 바이어싱 요소(7)를 더 포함한다. 바이어싱 요소는 단지 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.
이 예에서, 바이어싱 요소(7)는 회전하지 않는 일반 베어링의 형태이다.
특히 도 6a를 참조하면, 회전하지 않는 일반 베어링(1013)(“2x2바 링크”라고도 함)의 첫 번째 예가 도시되어 있다.
제1 비회전 일반 베어링(1013)은 내부 2바 링크(1015)와 기계적으로 직렬로 연결된 외부 2바 링크(1014)를 포함한다. 외부 2바 링크(1014)는 제1 및 제2 빔 부분(굴곡)(10171, 10172)을 사용하여 제1 축 x에 평행한 방향으로 연장되고 제2 축 y에 평행한 방향으로 함께 연결되는 제1 및 제2 강성 부분(10161, 10162)으로부터 형성된다. 내부 2바 링크(1015)는 제2 축 y에 평행한 방향으로 연장되고 제3 및 제4 빔 부분(굴곡부)(10173, 10174)을 사용하여 제1 축 x에 평행한 방향으로 함께 연결되는 제3 및 제4 강성 부분(10163, 10164)으로부터 형성된다. 내부 2바 링크(1015)는 제1 강성 부분(10161)에 직접 연결되는 제3 강성 부분(10163)을 사용하여 외부 2바 링크(1014)에 연결된다. 이러한 연결을 제외하고, 내부 2바 링크(1015)는 제1 및 제2 빔 부분(10171, 10172)의 측면 편향을 위한 공간을 제공하는 제1 갭(10181)에 의해 외부 2바 링크(1014)로부터 분리된다. 중앙 환형 부분(1019)은 내부 2바 링크(1015)내에 위치되고 강성 연결 부분(1020)에 의해 제4 강성 부분(10164)에 연결된다. 견고한 연결 부분(1020)과는 별도로, 중앙 환형 부분(1019)은 제3 및 제4 빔 부분(10173, 10174)의 측면 편향을 위한 공간을 제공하는 제2 갭(10182)에 의해 내부 2바 링크(1015)로부터 분리된다. 중앙 환형 부분(1019)은 중앙 개구(1009)를 정의한다. 본원에서 “강성” 부분과 “빔” 부분의 차이는 절대적인 것이 아니며, 예를 들어 각 단면적에 의해 정의된 상대적 굴곡 강성에 의해 결정된다. 빔 부분은 강성 부분보다 적어도 원하는 방향으로 굽힘에 대한 내성이 떨어진다.
도 6b를 참조하면, 제1 비회전 일반 베어링(1013)의 변형된 구성(1013b)이 도시되어 있다.
제2 강성 부분(10162)이 지지 구조(10)에 클램핑되면, 제1 및 제2 빔 부분(10171, 10172)의 굽힘은 제1 x 및/또는 제2 y축을 중심으로 한 회전 Rx, Ry뿐만 아니라, 제1 x 및/또는 1차 축 z와 실질적으로 평행한 방향으로의 움직임 Tx, Tz를 허용한다. 유사하게, 제3 강성 부분(10163)에 비해, 제4 강성 부분(10164) 및 연결된 중앙 환형 부분(1019)은 Ty, Tz, Rx 및/또는 Ry에 대응하는 움직임을 허용한다. 전체적으로, 이는 Tx, Ty, Tz, Rx 및/또는 Ry에 대응하는 클램핑된 제2 강성 부분(10162)에 대한 중앙 환형 부분(1019)의 움직임을 허용하고, 주 축 z 주위의 회전 Rz만을 제한한다. 예를 들어, 도 10b는 제1 축 x에 평행한 성분 dx와 제2 축 y에 평행한 성분 dy를 갖는 제2 강성 부분(10162)에 대한 중앙 환형 부분(1019)의 상대적 변위(d)를 도시한다.
도 7은 액추에이터 어셈블리를 제어하는 방법을 보여주는 흐름도이다. 정상 동작 동안, 컨트롤러(12)(또는 제어 회로)는 제1 작동 모드에서 가동 부분을 제어하며, 이 모드에서는 모든 SMA 와이어에 전원이 공급되어 장력이 발생하여 가동 부분의 완전한 제어를 제공한다. 컨트롤러(12)는 상술한 바와 같이 SMA 와이어(30) 각각의 전기 저항을 연속적으로 모니터링하도록 구성된다. SMA 와이어(200)내의 이상, 예를 들어 임의의 주어진 SMA 와이어(30)에서의 비정상적으로 높은 저항을 검출하면, 컨트롤러(12)는 결함이 발생했다고 판단하고 이에 따라 결함이 있는 SMA 와이어(30)를 비활성화(220)한다. 예를 들어, 반복적으로 사용하거나 실수로 SMA 와이어 중 하나가 손상되거나 최악의 경우 스냅되거나 끊어질 수 있다. 기타 이상은 예외적으로 높거나 낮은 온도를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 홀 센서(미도시)와 같은 위치 센서가 가동 부분(20)이 원하는 위치로 제어되지 않는 것을 감지하는 경우, 컨트롤러(12)는 오류가 발생했다고 판단하여 결함이 있는 SMA 와이어(30)를 비활성화(220)시킬 수 있다.
일부 다른 실시예에서, 컨트롤러(12)는 명령(210)을 수신할 수 있다. 명령은 인터페이스에서의 사용자 입력(미도시)일 수도 있고 시스템에서 생성된 입력일 수도 있다. 예를 들어, 이러한 명령을 수신하면, 액추에이터는 전력 소비를 줄이기 위해 하나 이상의 복수의 SMA 와이어를 비활성화(220)할 수 있다.
상기 이벤트 중 하나 이상의 발생을 검출하면, 컨트롤러(12)는 가동 부분(20)의 적어도 부분적인 제어를 제공하기 위해 제2 작동 모드(230)에서 작동할 수 있다. 특정 이벤트(예: 특정 와이어 또는 특정 와이어 세트의 이상)에 맞게 각각 조정된 추가 작동 모드가 있을 수 있다. 제2 작동 모드는 메모리(미도시)또는 컨트롤러(12)에 저장될 수 있고, 공장 기본값이거나 사용자 입력에 의해 조정될 수 있다.
제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 제1 작동 모드 동안의 것과 다른 제어 알고리즘을 적용할 수 있다. 예를 들어, 작동 가능한 상태로 유지되는 SMA 컴포넌트 중 일부 또는 전부는 비활성화된 SMA 컴포넌트를 보상하기 위해 다르게 작동(예: 더 높은 온도에서 작동)할 수 있다. 유리하게도, 이러한 어레인지먼트는 가동 부분의 완전한 제어 가능성을 개선하거나 심지어 달성할 수도 있다.
대안적으로, 제2 작동 모드 동안 컨트롤러는 제1 작동 모드 동안의 것과 동일한 제어 알고리즘을 적용할 수 있다. 즉, 컨트롤러는 작동 가능한 상태로 유지되는 모든 SMA 컴포넌트를 제어하기 위해 동일한 제어 알고리즘을 계속 사용할 수 있다.
어느 쪽이든, 컨트롤러는 SMA 컴포넌트(240)의 서브세트를 계속 동작시킨다.
두 그룹의 SMA 와이어(30a-d, 30e-f)로 가동 부분(20)을 제어하는 도 1의 액추에이터 어셈블리 1을 예로 들면, 각각 독립적인 장력 그룹을 형성한다. 이러한 액추에이터(1)에서는 모든 와이어보다 적은 수의 와이어를 사용하여 일정 수준의 위치 제어가 유지될 수 있다. 특히, 두 그룹의 SMA 와이어(30a-d, 30e-f)는 독립적으로 작동될 수 있다. 액추에이터(1)내의 SMA 와이어는 가동 부분(20)을 6 자유도로 제어할 수 있게 한다. 주어진 애플리케이션에서 AF 기능(광축 P를 따른 축 방향 이동)은 OIS 기능(광축 P를 기준으로 한 측면 이동)보다 우선시된다.
예를 들어, SMA 와이어(30a)중 하나가 작동하지 않는 경우, 예를 들어 SMA 와이어(30)는 끊어지거나 마모된다. 컨트롤러(12)는 개방 회로 양단의 비정상적으로 높은 저항에 의해 이러한 결함을 검출하고 끊어진 와이어(30a)를 비활성화한다.
첫 번째 예에서, 컨트롤러는 결함이 있는 와이어(30a)와 동일한 그룹 내의 다른 모든 SMA 와이어(30b-d)를 비활성화하고 다른 그룹의 SMA 와이어(30e-h)만 작동시킨다. 더 구체적으로 말하자면, SMA 와이어(30)가 끊어지면 해당 장력 그룹의 다른 세 와이어(30b-d)의 장력은 명목상(스프링 힘이 없는 경우)0이 되어 작동하지 않게 된다. 이러한 어레인지먼트는 유리하게 동작하는 SMA 와이어(30e-h) 그룹 내의 장력이 균형을 이루도록 하며, 따라서 불균형한 힘에 의해 야기되는 가동 부분(20) 상의 기울어짐 또는 임의의 바람직하지 않은 영향을 방지한다.
다른 서브그룹의 SMA 와이어(30e-h)는 가동 부분의 전체(또는 부분) 제어를 제공하기 위해 작동 상태를 유지할 수 있다. 실제로 나머지 장력 그룹에 있는 4개의 SMA 와이어(30e-h)는 다음과 같은 자유도를 제어한다. 광축 P를 중심으로 한 장력, 회전(rotZ), 광축 P를 따른 이동(Z), 광축 P와 직교하는 축을 중심으로 한 회전(rotX, rotY), 광축 P와 직교하는 축을 따른 이동(X, Y).
도 6a에 도시된 바와 같이 회전하지 않는 일반 베어링(1013)과 같은 서스펜션 시스템을 사용하면 SMA 와이어 그룹(30a-d)을 사용하지 않아도 가동 부분(20)의 제어성이 크게 향상될 수 있다. 예를 들어, 광축 P를 중심으로 한 회전 운동(rotZ)이 제한될 때, 베어링(1013)은 rotZ 자유도를 축방향 운동(Z)으로 변환한다.
따라서 이러한 굴곡으로 인해 동일한 그룹에 있는 SMA 와이어(30a-d) 중 하나 이상이 끊어진 경우에도 AF가 작동할 수 있다.
마찬가지로, 컨트롤러가 저전력 모드로 진입하라는 명령을 수신할 때, SMA 와이어(30a-d)의 두 그룹 중 하나가 비활성화될 수 있으며, 이동 제어는 다른 그룹의 SMA 와이어(30e-h)에 의해 수행된다. 유리하게도, SMA 와이어(30a-d)의 절반을 차단함으로써, 액추에이터의 전력 소비를 효과적으로 절반으로 줄일 수 있다. 특정 시나리오에서는 낮은 전력 소비가 우선인 경우 성능 수준을 낮추는 것도 괜찮을 수 있다.
두 번째 예에서, 컨트롤러는 결함이 있는 와이어(30a)와 회전 대칭인 SMA 와이어(30c)를 비활성화하고 나머지 SMA 와이어(30b, 30d-h)만을 동작시킨다. 다른 서브그룹의 SMA 와이어(30e-h)는 비록 속도가 감소하더라도 가동 부분를 완전히(또는 부분적으로) 제어하기 위해 작동 상태를 유지할 수 있다. 반대쪽으로 어레인지된 SMA 와이어는 쌍으로 작동하여 가동 부분에서 움직임을 일으킬 수 있다. 따라서, 결함이 있는 SMA 와이어를 갖는 한 쌍의 SMA 와이어를 비활성화함으로써, 한 쌍의 SMA 와이어에서의 불균형 힘의 문제를 유리하게 완화할 수 있다. 나머지 SMA 와이어(30b, 30d)에서 장력을 유지하려면 바이어싱 요소 또는 베어링(1013)과 같은 서스펜션 시스템이 필요한다. 또한, 컨트롤러(12)는 비활성화된 SMA 와이어(30a)를 보상하기 위해 수정된 제어 알고리즘을 적용할 수 있으며, 예를 들어 다른 SMA 와이어에서의 전력 소비를 증가시켜 이에 따른 수축을 증가시킬 수 있다.
세 번째 예에서, 컨트롤러는 결함이 있는 SMA 와이어(30a)를 비활성화하고 나머지 SMA 와이어(30b-h)를 작동시킨다. 나머지 SMA 와이어(30b-30d)의 장력을 유지하려면 바이어싱 요소 또는 베어링(1013)과 같은 서스펜션 시스템이 필요하다. 또한, 컨트롤러(12)는 비활성화된 SMA 와이어(30a)를 보상하기 위해, 예를 들어 다른 SMA 와이어에서의 전력 소비를 증가시키기 위해 수정된 제어 알고리즘을 적용할 수 있다.
나머지 작동 가능한 SMA 와이어의 장력을 유지하는 다른 수단은 다음 예에 설명되어 있다.
도 8은 액추에이터 어셈블리의 두 번째 예를 보여주는 개략도이다.
액추에이터 어셈블리(31)는 첫 번째 예에서와 동일하거나 유사한 특징을 포함한다. 이 예에서, 액추에이터 어셈블리(31)는 상이한 바이어싱 요소(7) 및 한 세트의 엔드 스톱(40)을 포함한다.
바이어싱 요소(7)와 한 세트의 엔드 스톱(40)은 SMA 와이어(30)가 (액추에이터 어셈블리(31)의 임의의 배향에 대해) 구동되지 않을 때렌즈 홀더(20')를 실질적으로 중앙 어레인지먼트로 함께 유지한다. 이 기능은 “전원이 공급되지 않는 센터링”이라고 할 수 있다.
스프링(7)은 고정 부분(10')과 렌즈 홀더(20')사이에 연결되며, SMA 와이어(30')가 구동되지 않을 때 렌즈 홀더(20')가 엔드 스톱(40)과 접촉하도록 렌즈 홀더(20')를 바이어싱하도록(bias) 구성된다. 이 예에서, 스프링(7')은 렌즈 홀더(20')의 상부에 연결되고 렌즈 홀더(20')의 하부가 엔드 스톱(40)과 맞물리도록 렌즈 홀더(20')를 주 축(P)을 따라 하향 방향으로 렌즈 홀더(20')를 바이어싱한다.
스프링(7)은 상술한 바와 같이 렌즈 홀더(20')를 바이어스하기에 임의의 적합한 특성을 가질 수 있다. 제1 및 제2 예에서의 암(5)에 비해, 스프링(7)의 강성은 특히 주 축(P)에 수직인 방향에서 상대적으로 낮을 수 있으며, 따라서 렌즈 홀더(20')의 작동 움직임에 대한 영향도 상대적으로 낮을 수 있다.
위에서 설명한 무동력 센터링 기능에 더하여, 스프링(또는 바이어싱 요소)(7)은 또한 (제어 회로(12)와 함께) 컨트롤러가 SMA 와이어(30)의 서브세트로 위치 제어를 제공할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 제2 작동 모드에서 작동할 때, 예를 들어 SMA 와이어(30)중 하나 이상이 비활성화된 상태에서, 나머지 작동 SMA 와이어(30)는 수축하여 렌즈 홀더(20')를 스프링(7)에 대항하여 이동시켜 광축을 따른 이동 제어를 달성할 수 있다. 대안적으로, 스프링(7) 메인은 SMA 와이어(30)에 대해 계속 바이어싱되어 작동 가능한 상태로 유지되는 SMA 와이어 내의 장력을 유지한다. 즉, 렌즈 캐리지(20')를 되돌리는 힘은 SMA 와이어의 장력 조정뿐만 아니라 스프링(7)에 의해 제공된다.
일부 예에서, 별도의 스프링(7)이 있는 대신, 암(5)은 스프링(7)의 기능을 수행하는 동시에 SMA 와이어(30)의 이동 단부에 전기적 연결을 제공할 수 있다.
일부 다른 예에서, 하나 이상의 비작동 와이어에 의해 야기되는 장력 그룹에서의 슬랙킹(slacking)을 방지하여 나머지 작동 가능한 SMA 와이어의 장력을 유지하기 위해 점성 유체 또는 젤이 제공될 수 있다.
도 9는 작동 위치(A)와 유지 위치(B)에 있는 액추에이터 어셈블리(51)의 또 다른 예의 개략도이다.
액추에이터 어셈블리(51)는 첫 번째 예에서와 동일하거나 유사한 특징을 포함한다. 그러나, 암(5)은 단지 SMA 와이어(30)의 이동 단부에 전기적 연결을 제공하기 위한 것일 수 있으며, 전술한 바이어싱 힘을 생성할 필요는 없다. 오히려, 이 예에서, 액추에이터 어셈블리(51)는 고정 부분(10") 각각에 있는 자기적 요소(45, 46)와 렌즈 홀더(20")를 원하는 방식으로 고정시키는 렌즈 홀더를 포함한다.
이 예에서는, 예를 들어 고정 부분(10")에 부착된 3개의 영구 자석(45)세트와, 렌즈 홀더(20")에 부착되거나 렌즈 홀더(20")의 일부로서 형성된 강자성 재료 등의 3개의 대응 영역(46)의 세트가 있다.
영구 자석(45)은 자기 사중극자일 수 있으며, 이는 자기력이 작용하는 것이 바람직했던 거리와 유사한 크기를 가질 수 있다. 일반적으로 이것은 수백 마이크론(microns)일 수 있다.
렌즈 홀더(20")가 작동 위치 및/또는 배향 범위에 있을 때(도 9a 참조) 각 부품 상의 자기 요소(45, 46)는 서로 상대적으로 멀리 떨어져 있다(따라서 이들 사이의 힘은 상대적으로 낮다).
렌즈 홀더(20)가 고정 위치에 있을 때(도 8b 참조) 각 부품 상의 자기 요소(45, 46)는 서로 상대적으로 가깝거나 접촉하고 있다(따라서 이들 사이의 힘은 상대적으로 높다).
액추에이터 어셈블리(51)는 SMA 와이어(30)의 전원을 해제하기 전에 렌즈 홀더(20”)를 유지 위치(또는 렌즈 홀더(20”)를 유지 위치로 끌어 당길 만큼 충분히 자기력이 높은 유지 위치에 충분히 가까운 위치)로 이동시키도록 구성된 제어 회로와 함께 사용하거나 이를 포함한다.
위에서 설명한 홀딩 기능에 더하여, 자석(45, 46)은 또한(제어 회로(12)와 함께)컨트롤러가 SMA 와이어(30)의 서브세트로 위치 제어를 제공할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 제2 작동 모드에서 작동할 때, 예를 들어 SMA 와이어(30)중 하나 이상이 비활성화된 상태에서, 나머지 작동 SMA 와이어(30)는 렌즈 홀더(20’’)를 자석(45, 46)에 가깝게 이동시켜 광축을 따른 이동 제어를 달성하도록 작동할 수 있다. 즉, 렌즈 캐리지 20"를 되돌리는 힘과 SMA 와이어의 장력을 가하는 힘은 자석(45, 46)에 의해 제공된다.
일부 다른 실시예에서, 컨트롤러는 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽에 대하여 구동될 때 가동 부분를 작동시키도록 구성된다. 더 구체적으로 말하자면, 엔드 스톱 및/또는 벽은 가동 범위의 한계를 정의한다. 따라서, 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽에 대해 구동될 때, 움직임의 적어도 1 자유도(즉, 엔드 스톱 및/또는 벽 쪽으로)는 제한되지만 다른 방향(예: 엔드 스톱 및/또는 벽의 표면에 수직인 방향)으로 이동 가능한 상태로 유지된다. 예를 들어, 엔드 스톱 및/또는 벽이 광축에 직교하는 움직임을 제한하면, 제2 작동 모드 동안, 컨트롤러는 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽의 표면 상에서 슬라이딩되도록 함으로써 적어도 광축을 따라 가동 부분에 대한 위치 제어를 유지할 수 있다. 이러한 움직임에 대한 마찰을 줄이기 위해 엔드 스톱 및/또는 벽의 슬라이딩 표면은 PTFE와 같은 마찰 감소 코팅으로 코팅할 수 있다.
상술한 실시예에는 다른 많은 변형이 있을 수 있다는 점을 이해하게 될 것이다.
예를 들어, 액추에이터 어셈블리는 카메라 이외의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터에 있어서,
    지지 구조;
    상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분;
    상기 지지 구조 및 상기 가동 부분을 연결하는 복수의 SMA 컴포넌트들 - 상기 SMA 컴포넌트들은 상기 가동 부분의 위치 및/또는 배향을 2 이상의 자유도로 제어 가능하게 변경하도록 작동 가능함 - ;
    정상 작동 중에 제1 작동 모드로, 이벤트에 응답하여 제2 작동 모드로 상기 SMA 컴포넌트들의 상기 작동을 제어하는 컨트롤러; 및
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 복수의 SMA 컴포넌트들의 서브세트와 함께 상기 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지하도록 구성된 수단을 포함하는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트는 상기 SMA 컴포넌트들 중 적어도 하나의 이상을 검출하는 단계 및/또는 상기 컨트롤러에서 명령을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 이벤트에 기초하여 하나 이상의 SMA 컴포넌트들을 선택하는, SMA 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안, 상기 선택된 하나 이상의 SMA 컴포넌트들을 비활성화하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 SMA 컴포넌트들은 각각의 서브 그룹에서 장력을 밸런싱(balance)하도록 각각 구성된 적어도 2개의 서브 그룹들로 나뉘어지고,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안, 상기 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 상기 서브 그룹에서의 모든 상기 SMA 컴포넌트들을 비활성화하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 SMA 컴포넌트들은 축을 중심으로 회전 대칭(rotational symmetry)으로 어레인지되는(arranged) SMA 컴포넌트들의 페어들(pairs)을 포함하고,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안, 상기 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 상기 페어에서의 SMA 컴포넌트들 모두를 비활성화하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 제1 작동 모드 중에 적용된 것과 상이한 제어 알고리즘을 적용하는, SMA 액추에이터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 제1 작동 모드 중에 적용된 것과 동일한 상기 제어 알고리즘을 적용하는, SMA 액추에이터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수단은 상기 제2 작동 모드 중에, 상기 작동 가능한 SMA 컴포넌트들에서의 장력을 유지하기 위한 바이어싱 요소(biasing element)를 포함하는, SMA 액추에이터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 가동 요소를 상기 바이어싱 요소로부터 멀어지도록 또는 반대 방향으로(against) 구동하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수단은 서스펜션 시스템을 포함하고,
    상기 서스펜션 시스템은 상기 가동 부분에서 적어도 1자유도에서의 이동에 대항하여(oppose) 상기 가동 부분의 제어를 유지하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 서스펜션 시스템은 상기 복수의 SMA 컴포넌트들이 2중 또는 4중 회전 대칭으로 어레인지되는 축을 중심으로 상기 가동 부분의 회전을 제한하도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 가동 부분의 제어를 다른 방향으로 유지하는 동안, 상기 가동 부분을 적어도 1자유도로 가동 범위의 끝으로 이동시키도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가동 범위의 끝은 엔드 스톱 및/또는 벽에 의해 정의되는, SMA 액추에이터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 컨트롤러는 상기 가동 부분의 제어를 유지하기 위해 상기 가동 부분이 상기 엔드 스톱 및/또는 상기 벽의 표면을 따라 미끄러지도록 상기 가동 부분을 이동시키도록 구성되는, SMA 액추에이터.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수단은 상기 제2 작동 모드 중에 다른 것들(others)에 대해 적어도 1자유도의 제어를 유지하는 것을 우선시하는, SMA 액추에이터.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수단은 상기 제2 작동 모드 중에 상기 지지 구조 및 상기 가동 부분을 통해 연장되는 축을 따라 제어를 유지하는 것을 우선시하고,
    상기 복수의 SMA 컴포넌트들은 상기 축을 중심으로 2중 또는 4중 회전 대칭으로 어레인지되는, SMA 액추에이터.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부분은 광축을 갖는 렌즈를 포함하고,
    상기 수단은 자동 초점(AF)을 제공하기 위해 상기 제2 작동 모드 중에 상기 광축을 따라 제어를 유지하는 것을 우선시하는, SMA 액추에이터.
  18. 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 SMA 액추에이터는 지지 구조 및 가동 부분을 연결하는 복수의 SMA 컴포넌트들을 가지고,
    상기 각각의 SMA 컴포넌트는 제1 작동 모드에서 가동 부분의 위치 및/또는 배향을 2 이상의 자유도로 제어 가능하게 변경하도록 작동 가능하고,
    이벤트를 검출하고 제2 작동 모드에서 작동하는 단계;
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 복수의 SMA 컴포넌트들의 서브세트로 상기 가동 부분의 적어도 부분적인 제어를 유지하는 단계를 포함하는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터를 제어하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이벤트는 상기 SMA 컴포넌트들 중 적어도 하나에서 이상(abnormality)을 검출하는 단계 및/또는 상기 컨트롤러에서 명령을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 이벤트에 기초하여 하나 이상의 SMA 컴포넌트들을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안, 상기 선택된 SMA 컴포넌트들을 비활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 SMA 컴포넌트들은 각각의 서브 그룹에서 장력을 밸런싱하도록 각각 구성되는 적어도 2개의 서브 그룹들로 나뉘어지고,
    상기 방법은, 상기 제2 작동 모드에서 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안, 상기 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 상기 서브 그룹에서의 상기 모든 SMA 컴포넌트들을 비활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 SMA 컴포넌트들은 축을 중심으로 회전 대칭으로 어레인지되는 SMA 컴포넌트들의 페어들을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제2 작동 모드 중에 상기 나머지 SMA 컴포넌트들을 작동시키는 동안 상기 선택된 SMA 컴포넌트에 대응하는 상기 페어에서의 SMA 컴포넌트들 둘 다를 비활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 제1 작동을 작동시키는 모드(first operation operating mode) 중에 적용된 것에 상이한 제어 알고리즘을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 가동 요소를 상기 바이어싱 요소에 대해 멀리 또는 반대 방향으로 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부분의 제어를 다른 방향들로 유지하는 동안, 적어도 1자유도 내에서 가동 범위의 끝을 향해 상기 가동 부분을 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드 중에, 상기 가동 부분의 제어를 유지하기 위해 상기 가동 부분이 엔드 스톱 및/또는 벽의 표면을 따라 미끄러지도록 상기 가동 부분을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 엔드 스톱 및/또는 상기 벽은 상기 가동 범위의 상기 끝을 정의하는, 방법.
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