KR20230091916A

KR20230091916A - 액추에이터 어셈블리

Info

Publication number: KR20230091916A
Application number: KR1020237014678A
Authority: KR
Inventors: 로빈 에딩턴; 제임스 하워스; 발레리오 폴렌타; 앤드류 벤자민 심슨 브라운; 아담 사우스; 콘스탄티노스 판텔리디스; 스티븐 매튜 번팅
Original assignee: 캠브리지 메카트로닉스 리미티드
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-06-23
Also published as: EP4232712A1; WO2022084699A1; CN116547589A; US20230400702A1; GB202016814D0

Abstract

액추에이터 어셈블리(2)에 있어서, 서로에 대해 이동 가능한 제1 부분(50) 및 제2 부분(60); 및 하나 이상의 작동 유닛을 포함하고, 각각의 작동 유닛은, 상기 제1 부분(50)에 연결되는 힘 조절(force-modifying) 메커니즘(72); 상기 힘 조절 메커니즘(72) 및 상기 제2 부분(60) 사이에 연결된 커플링 링크(78); 및 상기 힘 조절 메커니즘(72)에 입력 힘을 가하여 상기 힘 조절 메커니즘(72)이 상기 커플링 링크(78)에 출력 힘을 가하고, 상기 커플링 링크(78)가 상기 제2 부분(60)에 작동력(actuating force)을 가하도록 하기 위해 상기 제1 부분(50) 및 상기 힘 조절 메커니즘(72) 사이에 연결되는 SMA 와이어(80)를 포함하고, 상기 커플링 링크(78)는 상기 작동력의 상기 방향에 수직한 방향으로 컴플라이언트(compliant)되는, 액추에이터 어셈블리.

Description

액추에이터 어셈블리

본 출원은 일반적으로 액추에이터 어셈블리에 관한 것으로, 특히 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리에 관한 것이다.

SMA 액추에이터와 같은 소형 액추에이터는 렌즈(lens) 캐리지(carriage) 및/또는 이미지 센서의 동작(motion) 범위에 영향을 미치기 위해 카메라 어셈블리에 사용될 수 있다.

예를 들어, WO 2013/175197 A1은 지지 구조, 렌즈 어셈블리를 지지하는 가동 부분, 지지 구조와 가동 부분 사이에 연결된 복수의 SMA 와이어, 가동 부분을 지지 구조에 베어링하기 위한 베어링을 포함하는 SMA 액추에이터 어셈블리가 있는 카메라에 대해 설명한다. 이 액추에이터 어셈블리는 또한 렌즈 어셈블리를 중앙 위치로 편향시키는(bias) 측방향(lateral) 편향력(biasing force)을 제공하기 위해 지지 구조와 가동 부분 사이에서 연장되는 2개의 플렉셔 암을 포함한다. SMA 와이어는 수축 시 광학 이미지 안정화(optical image stabilization, OIS)를 제공하기 위해 광축(optical axis)에 수직인 방향으로 가동 부분(movable part)을 이동시키도록 구성된다.

일반적으로 가동 부분의 이동 범위는 SMA 와이어의 수축(contraction) 정도에 의해 정의되며 작동력(actuating force)은 SMA 와이어에 의해 달성할 수 있는 입력 힘(input force)에 의해 결정된다(dictated). 보다 구체적으로, 임의의 이동 방향에서 가동 요소(movable element)의 최대 변위(displacement)는 SMA 와이어의 상대적으로 작은 수축량(약 2-3%)에 의해 제한될 수 있다. 최대 스트로크 또는 작동력을 높이려면 더 길거나 두꺼운 SMA 액추에이터 와이어의 스트랜드들(strands)이 요구된다. 그러나 이러한 솔루션은 액추에이터의 크기를 늘리거나 응답 시간을 감소시킨다. 따라서 모바일 장치의 소형 SMA 액추에이터 어셈블리에 사용할 경우 실용적이지 않을 수 있다. 또한 더 길거나 두꺼운 SMA 와이어는 액추에이터의 전체 비용을 증가시킬 수 있다.

또한 플렉셔(flexures)는 플렉셔의 필요한 기능을 달성하기 위해 최적의 강성(stiffness) 또는 스프링 레이트(rate)로 설계될 수 있다. WO 2013/175197 A1의 예를 참조하면, 편향력(biasing force)이 렌즈 캐리지를 디폴트 위치로 되돌리기에 충분할 뿐만 아니라 SMA 와이어를 텐셔닝(tensioning) 하는 방식으로 플랙셔가 설계된다. 그셔러나 이러한 플렉셔의 강성은 액추에이터에서 달성 가능한 스트로크에 상당한 영향을 미치거나 SMA 와이어가 극복해야 하는 증가된 반대되는 힘(opposing force)으로 인해 SMA 와이어의 상이한 위치에서 바람직하지 않은 장력 오프셋을 생성할 수 있다. 더 단단한(stiffer) 플렉셔는 더 강한 복귀력을 제공하지만 필연적으로 액추에이터의 에너지 소비도 증가시킨다.

본 기술은 주어진 입력 힘으로 작동력의 크기를 조절하는(modifies) 힘 조절 메커니즘(force-modifying mechanism)을 포함하는 SMA 액추에이터 어셈블리를 제공하며, 이는 SMA 와이어에서 주어진 수축량으로 가동 부분의 변위를 유리하게 증폭시킬 수 있다. 유리하게는, 그러한 배치는 더 큰 스트로크(즉, 변위)가 달성되도록 허용하거나 더 무거운 렌즈 또는 이미지 센서를 이동시키기 위해 더 큰 힘이 가해지도록 허용하여 액추에이터 성능 및 예를 들어 OIS 기능을 개선할 수 있다. 또한, 필요한 스트로크를 달성하기 위한 SMA 와이어의 길이가 짧아질 수 있으므로 SMA 액추에이터 어셈블리의 풋프린트를 줄이고 액추에이터의 전체 비용과 전력 소비를 줄일 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면,

서로에 대해 이동 가능한 제1 및 제2 부분; 및

하나 이상의 작동 유닛을 포함하고, 각각의 작동 유닛은

제1 부분에 연결된 힘 조절 메커니즘;

힘 조절 메커니즘과 제2 부분 사이에 연결된 커플링 링크; 및

힘 조절 메커니즘에 입력 힘을 가하여 힘 조절 메커니즘이 커플링 링크에 출력 힘을 가하고 커플링 링크가 제2 부분에 작동력을 가하도록 하기 위해 제1 부분과 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되는 SMA 와이어를 포함하는, 액추에이터 어셈블리가 제공된다.

상기 커플링 링크는 상기 작동력의 방향에 수직한 방향으로 컴플라이언트한다(compliant).

액추에이터 어셈블리는 카메라 또는 휴대폰용 마이크로 액추에이터일 수 있다. 제1 부분(first part)은 지지 구조에 해당할 수 있고 제2 부분(second part)은 가동(movable) 부분에 해당할 수 있다. 액추에이터 어셈블리는 힘 조절 메커니즘에 의해 제2 부분과 연결될 수 있는 하나 이상의(예를 들어, 세장형) SMA 와이어를 포함할 수 있다. 즉, 이러한 SMA 액추에이터 어셈블리는 SMA 와이어가 지지 구조와 가동 부분 사이를 직접 연결할 수 없다는 점에서 종래 기술의 액추에이터와 다르다. 대신에, SMA 와이어의 일 단부가 힘 조절 메커니즘에 부착될 수 있고, 이로써 작동력이 커플링(coupling) 링크를 통해 가동 부분으로 전달될 수 있다. 특히 커플링 링크는 SMA 와이어가 아니다.

SMA 와이어는 수축 시 광축에 실질적으로 직교하는 이동 평면(movement plane)의 방향으로 제1 부분과 제2 부분 사이의 상대적인 이동을 실행하도록 구성될 수 있다. 커플링 링크는 이동 평면의 모든 방향에서 컴플라이언트할 수 있다. 따라서, 커플링 링크는 예를 들어 다른 작동 유닛(actuating unit)에 의해 생성될 수 있는 작동력(actuating force)에 수직인 방향으로의 이동을 수용할 수 있다. 이러한 배치는 SMA 와이어 또는 각각의 SMA 와이어를 작동할 때 적어도 광학 이미지 안정화(OIS)가 수행될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 각각 광축에 실질적으로 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, SMA 와이어는 제1 부분의 각 측면에 각각 제공될 수 있다.

'형상기억합금(SMA) 와이어'라는 용어는 SMA를 포함하는 모든 요소를 지칭할 수 있으며, 여기에서는 SMA 컴포넌트라고도 한다. SMA 와이어는 여기에 설명된 목적에 적합한 임의의 모양을 가질 수 있다. SMA 와이어는 세장형일 수 있고 원형 단면 또는 다른 형태의 단면을 가질 수 있다. 단면은 SMA 와이어의 길이에 따라 다를 수 있다. SMA 와이어의 길이(정의는 어떻든)가 하나 이상의 다른 치수와 유사할 수도 있다. SMA 와이어는 플라이언트(pliant)하거나, 즉 플렉시블(flexible)할 수 있다. 일부 예에서 두 요소 사이에 직선으로 연결될 때 SMA 와이어는 두 요소를 함께 압박하는 인장력(tensile force)만 가할 수 있다. 다른 예에서, SMA 와이어는 요소 주위에서 벤딩될 수 있고 SMA 와이어가 텐션 하에서 곧게 펴지는 경향이 있으므로 요소에 힘을 가할 수 있다. SMA 와이어는 빔과 같거나 단단할 수 있으며 요소에 다른(예: 비인장성(non-tensile)) 힘을 가할 수 있다. SMA 와이어는 SMA가 아닌 재료(들) 및/또는 컴포넌트(들)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 SMA의 코어 및 비-SMA 재료의 코팅을 포함할 수 있다. 문맥에서 달리 요구하지 않는 한 'SMA 와이어'라는 용어는 예를 들어 요소에 힘을 생성하도록 개별적으로 제어될 수 있는 단일 작동 요소로 작동하는 SMA 와이어의 구성을 의미할 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 기계적으로 병렬 및/또는 직렬로 배치된 SMA 와이어의 둘 이상의 부분을 포함할 수 있다. 일부 배치에서 SMA 와이어는 더 큰 SMA 와이어 조각의 일부일 수 있다. 이러한 더 큰 SMA 와이어 조각은 개별적으로 제어 가능한 두 개 이상의 부분을 포함할 수 있으므로 두 개 이상의 SMA 와이어를 형성할 수 있다.

SMA 컴포넌트는 임의의 적절한 형상 기억 합금 소재, 일반적으로 니켈-티타늄 합금(예: 니티놀)으로부터 형성될 수 있지만, 구리와 같은 3차(tertiary) 컴포넌트들도 함유할 수 있다. SMA 와이어는 애플리케이션에 적합한 단면 프로파일과 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 25μm 또는 30μm, 또는 35μm의 단면 직경을 가질 수 있고, 120mN에서 400mN 사이의 최대 힘을 생성할 수 있는 동시에 SMA 와이어의 스트레인(strain)을 안전 한도(safe limits) 내에서 유지한다(예: 원래 길이에 비해 길이가 2-3% 감소). 각 SMA 와이어의 직경을 25μm에서 35μm로 늘리면 SMA 와이어의 단면적이 약 두 배로 늘어나므로 각 SMA 와이어에 의해 제공되는 힘이 약 두 배로 늘어난다.

커플링 링크는 힘 조절 메커니즘의 일부를 형성할 수 있고 및/또는 힘 조절 메커니즘의 다른 부분, 예를 들어 가동부와 별도로 형성될 수 있다. 실시예에서, 커플링 링크는 힘 조절 메커니즘의 다른 부분과 동일하거나 다른 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 힘 조절 메커니즘의 다른 부분은 단단하거나 적어도 커플링 링크보다 더 높은 강성을 가질 수 있다. 실시예에서, 커플링 링크는 용접, 접착 및 기계적 수단과 같은 임의의 적합한 부착 수단에 의해 힘 조절 메커니즘의 다른 부분에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 커플링 링크는 힘 조절 메커니즘의 다른 부분과 일체로 형성될 수 있다. 유리하게는, 그러한 배치는 더 낮은 생산 비용뿐만 아니라 더 효율적인 제조 공정을 초래할 수 있다.

일부 실시예에서, 커플링 링크는 작동력을 제2 부분에 전달하는 일차적인 책임이 있는 컴포넌트로 간주될 수 있다. 커플링 링크는 작동력을 제2 부분에 전달하고 작동력의 방향에 수직인 방향으로 컴플라이언스를 제공하는 이중 기능을 수행할 수 있는 임의의 요소 또는 배치로 구현될 수 있다.

선택적으로 커플링 링크는 플랙셔이거나 플렉셔를 포함한다. 플렉셔는 세장형일 수 있고 플렉셔의 길이을 따라 강성일 수 있으며 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이어트할 수 있다. 즉, 커플링 링크는 이동 평면에서, 특히 작동력에 직교하는 방향으로 쉽게 벤딩되도록 구성되지만 다른 방향에서는 강성이거나 컴플라이언트하지 않을 수 있는 플렉셔 암(flexure arm)으로 지칭될 수 있다.

선택적으로, 커플링 링크는 제2 부분을 디폴트(또는 중앙) 위치로 복귀 및/또는 리테이닝하기(retain) 위해 제2 부분에 측방향 편향력을 적용하도록 구성될 수 있다. 이는 특히 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서 달성될 수 있다.

선택적으로, 커플링 링크는 작동력의 방향에 수직인 방향으로 제2 부분의 이동을 구속(constrain)할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 제2 부분이 렌즈 또는 이미지 센서를 포함하는 실시예에서, 커플링 링크는 광축을 따라 또는 광축에 평행한 움직임을 구속할 수 있다. 이미지 센서에서 광축은 이미지 센서의 감광면(light-sensitive surface)에 수직인 축으로 간주될 수 있다. 커플링 링크는 광축을 따라 움직임을 구속하는 미리 형성된 플렉셔 암일 수 있다.

대안적으로, 커플링 링크는 커플링 링크가 이동 평면에서 피봇할 수 있도록 하는 핀 조인트를 갖는 로드와 같은 강성 부재일 수 있다. 예를 들어, 피봇은 힘 조절 메커니즘으로부터 연장되고 제1 부분 및 제2 부분 중 하나, 특히 제1 부분에 힌지식으로 부착된 포스트일 수 있다. 유리하게는, 그러한 배치는 제2 부분에서의 변위의 정밀한 제어를 허용할 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 피봇은 제1 부분 또는 제2 부분으로부터 연장되고 힘 조절 메커니즘과 접촉하는 포스트일 수 있고, SMA 와이어(SMA 컴포넌트)에 에너지를 공급할 때, 힘 조절 메커니즘은 포스트의 표면 상에서 롤링하도록(roll) 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 피봇은 제2 부분의 변위를 증가시키기 위해 클래스 1 레버 시스템의 일부를 형성한다.

대안적으로, 커플링 링크는 롤러 베어링 또는 볼 베어링과 같은 롤링 베어링을 포함할 수 있다. 롤링 베어링은 가동 부분 및 힘 조절 메커니즘의 각각의 베어링 표면에 베어링을 갖는 롤러 또는 볼과 같은 롤링 요소를 포함할 수 있다. 따라서 롤링 베어링은 가동 부분와 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되고 롤링 요소를 통해 가동 부분에 작동력을 가하도록 배치된다. 롤링 베어링은 작동력에 수직인 롤링 요소의 롤링을 허용함으로써 작동력의 방향에 수직인 방향으로 컴플라이언스를 달성한다. 베어링 표면은 작동력에 직교하도록 배치될 수 있다.

대안적으로, 커플링 링크는 플레인 베어링(plain bearing)을 포함할 수 있다. 플레인 베어링은 슬라이딩 베어링이라고도 한다. 플레인 베어링은 가동 부분의 베어링 표면과 힘 조절 메커니즘의 보완 베어링 표면을 포함하며, 두 개의 베어링 표면은 서로에 대해 미끄러질 수 있다. 따라서 플레인 베어링은 이들 컴포넌트에 상보적인 표면을 포함함으로써 가동 부분과 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되고 베어링 표면을 통해 가동 부분에 작동력을 가하도록 배치된다. 플레인 베어링은 베어링 표면의 상대적 슬라이딩을 허용하여 작동력 방향에 수직인 방향으로 컴플라이언스를 달성한다. 베어링 표면은 작동력에 직교하도록 배치될 수 있다. 플레인 베어링은 베어링 표면 사이에 액체 또는 고체 윤활제와 같은 마찰 감소 재료를 포함할 수 있다.

선택적으로, 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어의 길이 변화에 응답하여 힘 조절 메커니즘에 연결된 SMA 와이어의 단부가 제1 부분에 대해 제1 거리만큼 이동하고, 힘 조절 메커니즘에 연결된 커플링 링크의 단부는 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 제1 부분에 대해 이동하도록 구성된다. 이러한 배치는 SMA 액추에이터 어셈블리에 의해 달성 가능한 스트로크를 증폭시키는 데 사용될 수 있다.

대안적으로, 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어의 길이 변화에 응답하여 힘 조절 메커니즘에 연결된 SMA 와이어의 단부가 제1 부분에 대해 제1 거리만큼 이동하고, 힘 조절 메커니즘에 연결된 커플링 링크의 단부는 제1 거리보다 작은 제2 거리만큼 제1 부분에 대해 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 이러한 배치는 SMA 와이어에 의한 주어진 입력 힘으로 적용 가능한 작동력을 증가시키도록 구성될 수 있다.

대체로 말하면, 본 발명은 주어진 양의 SMA 와이어 수축에 의해 달성될 수 있는 가동 부분의 변위를 증폭시키거나 적어도 수정하기 위한 레버로서 힘 조절 메커니즘을 사용한다. 이는 예를 들어 힘 조절 메커니즘의 가동 부분에 대한 회전에 의해, 본 실시예는 필요한 스트로크를 달성하는 데 필요한 SMA 와이어의 길이를 감소시킬 수 있다. 따라서 이러한 배치는 보다 컴팩트하고 보다 에너지 효율적인 SMA 액추에이터 어셈블리를 제공할 수 있다.

작동 중에 커플링 링크는 일반적으로 텐션을 받을 수 있다. 힘 조절 메커니즘은 가동 부분에 작동력을 가하기 위해 커플링 링크를 통해 가동 부분을 당길 수 있다. 이는 예를 들어 커플링 링크가 플렉셔를 포함할 때 특히 바람직하다. 제2 부분에 연결되는 커플링 링크의 단부는 제2 부분에 대해 고정될 수 있다. 커플링 링크는 실질적으로 출력 힘과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 작동력은 출력 힘과 실질적으로 동일한 방향일 수 있다.

대안적으로, 커플링 링크는 일반적으로 압축 상태일 수 있다. 힘 조절 메커니즘은 가동 부분에 작동력을 가하기 위해 커플링 링크를 통해 가동 부분을 누를 수 있다. 이는 예를 들어 커플링 링크가 롤링 베어링 또는 플레인 베어링을 포함할 때 특히 바람직한다.

선택적으로, SMA 와이어는 힘 조절 메커니즘에서 제1 부분까지 제1 방향으로 연장되고 커플링 링크는 힘 조절 메커니즘에서 제2 부분까지 제2 방향으로 연장되며, 제1 및 제2 방향은 서로에 대해 실질적으로 수직이다. 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 75° 내지 105°의 범위에 있을 수 있다. 이와 같이 입력 및 출력 힘은 서로에 대해 실질적으로 수직일 수 있다.

대안적으로, 제1 및 제2 방향은 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 입력 및 출력 힘은 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 그러한 실시예에서, 힘 조절 메커니즘은 예를 들어 가동 부분이 배치되지 않은 레버의 측면에서 당기는 SMA 와이어와 함께 레버로서 작동할 수 있다.

대안적으로, 제1 및 제2 방향은 실질적으로 동일한 방향일 수 있다. 입력 및 출력 힘은 실질적으로 동일한 방향일 수 있다. 그러한 실시예에서, 힘 조절 메커니즘은 예를 들어 가동 부분이 배치되는 레버의 측면에서 당기는 SMA 와이어와 함께 레버로서 작동할 수 있다.

SMA 와이어 및 커플링 링크는 예를 들어 가동 부분의 이동 평면에서 실질적으로 동일 평면에 있을 수 있다. 작동력은 이동 평면의 방향에 있을 수 있다. SMA 와이어는 제2 부분의 제1 측면을 따라 연장될 수 있다. 커플링 링크는 제2 부분의 제2 측면 또는 제1 측면을 따라 연장될 수 있다. 이러한 SMA 와이어 및 커플링 링크의 배치는 컴팩트한 SMA 액추에이터 어셈블리를 제공할 수 있다.

선택적으로, 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어와 커플링 링크가 연결되는 가동부와, 가동부와 제1 부분 사이에 연결되고 입력 힘에 응답하여 벤딩되거나 변형되도록 구성된 힘 조절 플렉셔(force-modifying flexure)를 포함한다. 추가로 선택적으로, 커플링 링크는 커플링 플렉셔를 포함한다. 이러한 실시예는 개선된 제조 가능성 및 감소된 비용으로 인해 특히 바람직할 수 있다.

가동부는 강성이거나 플렉시블할 수 있다. 가동부는 SMA 컴포넌트가 수축할 때 가동부가 변형에 저항하도록 이동 평면에서 힘 조절 플렉셔보다 더 단단할 수 있다. 가동부는 커플링 링크 및/또는 힘 조절 플렉셔의 연장부일 수 있다.

힘 조절 플렉셔는 제2 부분이 전술한 이동 평면의 방향으로 이동하도록 벤딩되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 힘 조절 플렉셔는 제1 연결 지점에서 제1 부분에 연결될 수 있다. (SMA 와이어의 수축으로 인해) 힘 조절 플렉셔를 변형함으로써 가동부는 이동 평면의 제1 연결 지점을 기준으로 회전 및/또는 병진 이동(translate)한다. 가동부의 이러한 회전 및/또는 병진 운동은 제2 부분의 변위를 증폭시킨다.

그러한 실시예에서, SMA 와이어가 수축함에 따라 수축 방향을 향해 가동부를 끌어당길 수 있고 그에 따라 힘 조절 플렉셔에 힘을 가할 수 있다. 이로 인해 힘 조절 플랙셔가 압축 상태에서 변형(또는 벤딩)되고 커플링 링크가 일반적으로 텐션 상태에서 변형될 수 있다. 힘 조절 플렉셔는 주로 변위 증폭을 담당하는 플렉셔 암으로 간주될 수 있다. 힘 조절 플렉셔는 가동부가 제1 연결 지점에 대해 회전 및/또는 병진 이동하도록 허용할 수 있으며, 그에 따라 그 배향(orientation)을 변경할 수 있다. 유리하게는, 힘 조절 플렉서의 벤딩은 이동 평면을 따라 적어도 하나의 SMA 컴포넌트의 수축 정도보다 제2 부분에서 더 큰 양의 변위를 허용할 수 있다.

대략적으로 말하면, 힘 조절 메커니즘은 가동 부분과 지지 구조를 두 가지 구성으로 연결할 수 있다. 제1 구성에서, 가동부는 SMA 와이어 및 힘 조절 메커니즘에 의해 지지 구조에 연결된다. SMA 와이어가 수축하면 커플링 링크가 가동 부분을 끌어당긴다. 제2(반전) 구성에서 가동 부분은 SMA 와이어와 힘 조절 플렉셔에 의해 (지지 구조가 아닌)가동 부분에 연결된다. SMA 와이어가 수축하면 커플링 링크가 지지 구조를 끌어당긴다. 이와 같이, 설명의 목적을 위해 제1 및 제2 부분이 본 명세서에서 지지 구조 및 가동 부분으로 지칭되지만, 이들 2개의 부분은 단지 서로에 대해 이동한다는 것이 이해될 것이다. 가동 부분이 지지 구조에 대해 움직이는 것으로 설명되지만, 그러한 움직임은 지지 구조의 기준 프레임에 대한 정의된 움직임으로 인한 것이다. SMA 액추에이터 어셈블리가 통합된 더 큰 장치 내에서 지지 구조가 움직이고 가동 부분이 정지 상태로 유지되거나 지지 구조와 가동 부분이 모두 움직일 수 있다.

선택적으로, 예를 들어 힘 조절 메커니즘과 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 힘 조절 플렉셔 및/또는 커플링 링크는 이동 평면을 따른 방향에서 동일하거나 상이한 강성을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 힘 조절 플렉셔는 제1 연결 지점에 인접한 근위부(proximal portion), 및 제1 연결 지점으로부터 더 멀리 떨어진 원위부(distal portion)를 포함할 수 있고, 힘 조절 플렉셔의 근위부는 길이를 따라, 이동 평면을 따른 방향에서 원위부보다 동일한 강성, 또는 더 낮은 강성 또는 더 높은 강성을 갖는다. 이러한 배치는 가동부에서 바람직한 회전/병진이동을 달성하기 위해 힘 조절 플렉셔 및/또는 커플링 링크의 변형 특성이 조정되는 것을 유리하게 허용할 수 있다.

선택적으로, 예를 들어 힘 조절 메커니즘과 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 커플링 링크는 그 길이를 따라 힘 조절 플렉셔의 강성보다 더 높은 강성을 갖거나 실질적으로 동일한 강성을 갖도록 구성된다. 커플링 링크의 강성이 높을수록 더 정밀한 움직임 제어가 가능하다는 이점이 있다.

대안적으로, 예를 들어 힘 조절 메커니즘과 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 커플링 링크는 그 길이를 따라 힘 조절 플렉셔의 강성보다 더 낮은 강성을 갖도록 구성된다. 커플링 링크는 이동 평면을 따르는 방향으로만 동작을 전달하므로 일반적으로 SMA 와이어 수축 중에 장력을 받을 수 있으므로 다른 방향으로 컴플라이언트할 수 있다. 일부 실시예에서, 커플링 플렉셔는 케이블 또는 와이어로 대체될 수 있다.

선택적으로 커플링 링크는 제2 부분의 측면을 따라 연장된다. 예를 들어, 커플링 링크는 커플링 링크를 따른 방향으로 가동 부분을 끌어당겨 이동시킬 수 있다.

선택적으로 예를 들어 힘 조절 메커니즘과 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 힘 조절 플렉셔와 커플링 링크 중 적어도 하나는 가동부의 회전 및/또는 병진 이동을 용이하게 하기 위해 이동 평면을 따르는 방향에서 다른 방향보다 더 낮은 강성을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 힘 조절 플렉셔는 이동 평면에서만 유연하지만 예를 들어 이동 평면에 수직인 광축을 따라 뻣뻣한 얇은 스트립으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 힘 조절 플렉셔와 커플링 링크는 모두 작동력에 수직인 방향으로 유연하다. 유리하게는, 그러한 배치는 제2 부분이 이동 평면에서만 이동하도록 보장할 수 있고, 따라서 보다 정밀한 이동 제어를 제공하고 광축을 따라 이동을 제한할 수 있다.

선택적으로 가동부의 회전 및/또는 병진운동 동안, 제1 연결 지점에 대한 가동부의 배향은 20도 미만, 10도 미만 또는 8도 미만 중 어느 하나의 범위 내에서 변한다. 바람직하게는 범위는 5도 미만이다.

선택적으로, SMA 와이어에 대한 힘 조절 플렉셔의 배향은 제2 부분의 변위 증폭 정도에 상응하거나 이에 기여한다. 선택적으로, 힘 조절 플렉셔는 가동부로부터 SMA 와이어까지 둔각(obtuse angle)으로 연장되지만, 바람직하게는 힘 조절 플렉셔는 가동부로부터 SMA 와이어까지 예각(acute angle)으로 연장된다. 더 작은 각도는 더 높은 정도의 변위 증폭을 허용할 수 있지만 제2 부분을 이동시키기 위한 출력 힘을 감소시킬 수도 있다. 더 구체적으로, SMA 와이어는 가동부에서 제1 부분까지 제1 방향으로 연장될 수 있고 힘 조절 플렉셔는 가동부에서 제1 부분까지 제3 방향으로 연장되며, 제1 방향과 제3 방향 사이의 각도는 45° 미만 및/또는 20° 초과이다. 이는 적어도 제1 부분에 대한 제2 부분의 움직임의 작동 범위의 중심에 적용될 수 있다.

유리하게는, 그러한 배치는 플렉셔 배치의 힘 출력이 가동 부분에서 원하는 변위를 수행하기에 충분하다는 것을 보장할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 각도는 30도 내지 35도 범위 내이다.

선택적으로, 힘 조절 플렉셔는 SMA 와이어와 커플링 링크 사이에 위치하고, 힘 조절 플렉셔는 작동 시 일반적으로 압축 상태에 있는 가동부에 연결된 제1 부분을 포함하고; 제1 포션(portion)과 제1 부분 사이에 연결된 제2 포션션을 포함하며, 일반적으로 인장 상태에 있고 제1 부분보다 더 많이 벤딩되도록 구성된다. 즉, 대부분의 힘 조절 플렉셔는 작동 중에 일반적으로 압축될 수 있지만, 일반적으로 인장 상태에 있는 힘 조절 플렉셔의 일부가 있을 수 있으며, 후자는 작동 중에 더 큰 정도로 항복(yield)할 수 있다.

대안적으로, 힘 조절 플렉셔는 작동 시 일반적으로 압축 상태에 있는 단순한 플렉셔일 수 있다.

선택적으로, 작동 유닛은 제1 부분과 커플링 링크 사이에 연결되고 커플링 링크에 추가 힘을 가하도록 구성된 추가 SMA 와이어를 포함하여, 커플링 링크가 작동력에 수직하는 방향으로 제2 부분에 추가 작동 힘을 가하게 한다.

추가 SMA 와이어는 커플링 링크의 중간 지점에 연결될 수 있다. 추가 SMA 와이어는 커플링 링크가 연장되는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

힘 조절 메커니즘은 제1 부분과 커플링 링크 사이에 연결된 힘 조절 플렉셔를 포함할 수 있다. SMA 와이어는 힘 조절 플렉셔(예를 들어 중간 지점)에 연결될 수 있고 힘 조절 플렉셔가 연장되는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

선택적으로, 힘 조절 플렉셔는 세장형이고 그 길이를 따라 강성이며 길이에 수직인 방향으로 컴플라이언트한다.

선택적으로, 힘 조절 플렉셔 및/또는 커플링 링크는 수직으로 연장되는 부분을 갖는 시트 금속과 같은 시트 재료로 형성된다.

선택적으로 시트 재료, 예를 들어 시트 금속의 두께는 40μm에서 80μm 범위이다.

선택적으로, SMA 와이어는 평면도에서 제1 연결 지점으로부터 제1 오프셋 거리로 연장되고 제2 플렉셔 암은 제1 연결 지점으로부터 제2 오프셋 거리로 연장되며, 여기서 제1 오프셋 거리에 대한 제2 오프셋 거리의 비율은 가동 부분의 변위 증폭 정도에 대응하고, 제1 오프셋에 대한 제2 오프셋의 비율은 적어도 1보다 크거나, 또는 적어도 1.2, 또는 적어도 1.5, 또는 적어도 2이다. 힘 조절 메커니즘(가동부 및 힘 조절 플렉셔)은 레버 시스템으로 간주될 수 있으므로 레버 시스템에 입력되는 힘과 레버 시스템에서 출력되는 힘의 상대적인 위치가 변위 증폭 정도에 영향을 줄 수 있다.

선택적으로, 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어와 제1 부분, 특히 제1 부분의 전도성 회로 사이에 전기 전도성 경로를 제공하도록 구성된다. 이를 통해 SMA 와이어에 대한 추가 전기 연결 없이 전기 제어 신호를 SMA 와이어에 적용할 수 있다.

선택적으로, 힘 조절 메커니즘은 전기 전도성 경로를 라우팅하기 위한 전기 브레이크를 포함한다. 예를 들어, 힘 조절 메카니즘은 적어도 2개의 전도 경로를 포함할 수 있고, 전류가 2개의 전도 경로에서 반대 방향으로 흐를 수 있도록 전도 경로 중 하나를 가로질러 전기 브레이크가 형성된다. 유리하게는, 그러한 배치는 2개의 전도성 경로로부터의 전자기 간섭이 서로를 적어도 부분적으로 상쇄하도록 허용할 수 있다.

선택적으로, 액추에이터 어셈블리는 2개의 작동 유닛 각각의 커플링 링크가 2개의 작동 유닛 중 다른 하나의 작동력 방향으로 컴플라이언트하도록 수직 방향으로 제2 부분에 작동력을 가하도록 배치된 2개의 작동 유닛을 포함한다.

예를 들어, 복수의 작동 유닛의 힘 조절 메커니즘은 액추에이터 어셈블리의 대각선으로 대향하는 2개의 코너에 제공될 수 있다. 즉, 각각의 작동 유닛은 각각의 방향으로 변위 증폭을 제공하도록 구성된 힘 조절 플렉셔를 포함할 수 있다.

각각의 힘 조절 메커니즘에 대해, 커플링 링크가 컴플라이언트하다는 것은 2개의 작동 유닛 중 다른 하나의 작동력에 응답하여 가동 부분에 상대적으로 작은 '반대' 힘을 생성하는 커플링 링크에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 반대 힘은 제1 부분에 대한 제2 부분의 이동의 작동 범위에 걸쳐 작동력의 25% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 1% 미만일 수 있다.

대안적으로 또는 추가로, 작동 유닛의 2개의 힘 조절 메커니즘이 적층되거나 적어도 부분적으로 광축을 따라 서로의 위에 중첩된다. 이들은 액추에이터 어셈블리의 동일한 코너에 제공될 수 있으며 미러 구성으로 배치될 수 있다. 즉, 각각의 작동 유닛은 각각의 방향으로 변위 증폭을 제공하도록 구성된 힘 조절 플렉셔를 포함할 수 있다.

선택적으로, 각각의 작동 유닛의 힘 조절 메커니즘이 액추에이터 어셈블리의 각 모서리에 제공되며, 여기서 각각의 작동 유닛은 서로 수직인 각각의 방향으로 변위 증폭을 제공하도록 구성될 수 있다.

선택적으로, 각각의 힘 조절 메커니즘은 제2 부분의 각 측면에 연결된 적어도 하나의 커플링 링크를 갖는다.

선택적으로, 각각의 힘 조절 메커니즘은 각각의 SMA 와이어에 의해 퍼스트(first)에 부착되며, 각각의 SMA 와이어는 수축 시 힘 조절 플렉셔가 변형되어 이동 평면을 따라 제2 부분을 각 방향으로 이동시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 각각의 힘 조절 메커니즘은 각각의 방향으로 변위를 증폭시키도록 구성된다.

선택적으로, 액추에이터 어셈블리는 복수의 힘 조절 메커니즘을 포함하고, 여기서 제2 부분은 각각이 각각의 힘 조절 메커니즘과 일체로 형성된 복수의 부분으로 형성된다.

선택적으로, 액추에이터 어셈블리는 이동 평면에 수직인 주축을 중심으로 제2 부분에 임의의 알짜 토크를 인가하지 않고 이동 평면에서 임의의 방향으로 제1 부분에 대해 제2 부분을 이동시킬 수 있도록 배치된 4개의 작동 유닛을 포함한다.

선택적으로, 작동 유닛의 제1 쌍은 각각 주축에 대해 한 가지 의미에서 제2 부분에 토크를 적용하도록 구성되고, 작동 유닛의 제2 쌍은 각각 주축에 대해 다른 의미에서 제2 부분에 토크를 적용하도록 구성된다.

선택적으로, 4개의 작동 유닛은 그들의 플렉셔가 주축을 중심으로 서로 다른 각도 위치에서 루프 형태로 배치되고 각 작동 유닛의 커플링 링크의 각도 위치가 다른 하나의 작동 유닛의 SMA 와이어의 각도 위치와 적어도 부분적으로 겹치도록 배치된다.

각 작동 유닛의 SMA 와이어는 다른 작동 유닛의 커플링 링크와 실질적으로 평행할 수 있다.

선택적으로, 하나 이상의 작동 유닛은 제1 유형이고 액추에이터 어셈블리는,

제2 유형의 하나 이상의 작동 유닛을 더 포함하고, 제2 유형의 각 작동 유닛은,

제2 부분에 연결된 힘 조절 메커니즘;

힘 조절 메커니즘과 제1 부분 사이에 연결되는 커플링 링크; 및

힘 조절 메커니즘에 입력 힘을 가하여 힘 조절 메커니즘이 커플링 링크에 출력 힘을 가하고 커플링 링크가 제1 부분에 구동력을 가하도록 하기 위해 제2 부분과 힘 조절 메커니즘 사이에 연결된 SMA 와이어를 포함한다.

제2 유형의 작동 유닛은 제1 부분에 대한 참조가 제2 부분에 대한 참조로 교체되어야 하고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 점을 제외하고는 제1 유형의 작동 유닛의 전술한 특징 중 임의의 것을 가질 수 있다.

일부 배치에서, 각 작동 유닛 쌍(즉, 앞서 언급한 제1 및 제2 쌍)에 대해, 쌍에 있는 각 작동 유닛의 커플링 링크의 각도 위치는 적어도 부분적으로 쌍에 있는 다른 작동 유닛의 SMA 와이어의 각도 위치와 겹친다. 따라서, 한 쌍의 작동 유닛의 힘 조절 메커니즘은 유사한 각도 위치를 가질 수 있다. 한 쌍의 작동 유닛(및/또는 전체 작동 유닛)의 힘 조절 메커니즘은 주축에 평행한 방향으로 서로 오프셋될 수 있다. 서로 다른 쌍으로 구성된 작동 유닛의 힘 조절 메커니즘은 서로 ~180°의 각도 간격을 둘 수 있다.

일부 배치에서, 각각의 작동 유닛에 대해, 커플링 링크의 각도 위치는 하나의 다른 작동 유닛의 SMA 와이어와 적어도 부분적으로 중첩되고, SMA 와이어의 각도 위치는 다른 작동 유닛의 커플링 링크와 적어도 부분적으로 중첩된다. 따라서, 구동 유닛의 힘 조절 메커니즘은 서로 다른 각도 위치에 있을 수 있으며, 예를 들어, 서로 ~90°의 각도 간격을 둘 수 있다.

4개의 작동 유닛 중 2개는 제1 유형일 수 있고 4개의 작동 유닛 중 2개는 제2 유형일 수 있다.

4개의 작동 유닛은 주축을 따라 볼 때 실질적으로 정사각형 또는 장방형 풋프린트를 가질 수 있으며, 각 가장자리를 따라 SMA 와이어가 있고 정사각형 또는 장방형의 각 모서리에 힘 조절 메커니즘이 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라 어셈블리가 제공되며, 여기서 제1 또는 제2 부분은 이동 평면에 수직인 광학 축을 갖는 렌즈를 포함하며, 액추에이터 어셈블리는 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(OIS)를 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라 어셈블리가 제공되며, 상기 제1 또는 제2 부분은 상기 이동 평면에 수직인 이미징 또는 광축을 갖는 이미지 센서를 포함하고, 액추에이터 어셈블리는 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(OIS)를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 서로에 대해 이동 가능한 제1 및 제2 부분; 고정된 단부와 가동 단부를 포함하고, 상기 고정단은 상기 제1 부분에 커플링되고 상기 가동 단부는 상기 제2 부분에 커플링되는 플렉셔 암; 수축시 플렉셔 암이 변형되게 하여 가동 단부의 이동을 구동하여 제1 부분에 대해 제2 부분을 이동시키도록 배치된 액추에이터 컴포넌트; 상기 액추에이터 컴포넌트는 상기 플렉셔 암에 상기 액추에이터 컴포넌트에 의해 상기 플렉셔 암에 가해지는 상기 힘의 방향을 따라 압축력을 가하여, 상기 플렉셔 암에 압축력이 가해지지 않는 상황에 비해 상기 플렉셔 암의 유효 스프링 상수(effective spring constant)가 50% 이상 감소된다.

제1 부분은 지지 구조일 수 있고, 제2 부분은 가동 부분일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다.

압축력의 크기는 플렉셔 암의 유효 스프링 상수가 플렉셔 암에 압축력이 가해지지 않는 상황에 비해 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 적어도 95%, 가장 바람직하게는 실질적으로 100% 감소되게 할 수 있다.

제1 및 제2 부분은 이동 평면에서 서로에 대해 이동 가능할 수 있고, 플렉셔 암은 우선적으로 이동 평면에서 컴플라이언트하고 이동 평면에 직교하는 방향으로의 변형에 저항한다.

플렉셔 암은 가동 부분의 변위가 액추에이터 컴포넌트의 작동량보다 크도록 액추에이터 컴포넌트의 작동을 증폭시키도록 배치될 수 있다. 대안적으로, 플렉셔 암은 플렉셔 암에 의해 제2 부분에 적용되는 출력 힘이 입력 힘보다 더 크도록 액추에이터 컴포넌트에 의해 플렉셔 암에 적용되는 입력 힘을 증폭하도록 배치될 수 있다.

액추에이터 컴포넌트은 SMA 와이어를 포함할 수 있다. 대안적으로, 액추에이터 컴포넌트는 예를 들어 보이스 코일 모터 또는 피에조 액추에이터를 포함할 수 있다. SMA 와이어는 플렉셔 암의 가동 단부와 제1 부분 사이에 연결될 수 있다. SMA 와이어의 일 단부는 제1 부분에 연결될 수 있고, SMA 와이어의 타단은 플렉셔 암의 가동 단부에 연결될 수 있다.

SMA 와이어는 제1 부분과 플렉셔 암의 가동 단부 사이에 연결된 제1 부분, 및 제2 부분과 플렉셔 암의 가동 단부 사이에 연결된 제2 부분을 포함할 수 있다. 플렉셔 암과 SMA 와이어의 제1 부분 사이의 각도 및 플렉셔 암과 SMA 와이어의 제2 부분 사이의 각도는 실질적으로 동일할 수 있다. 대안적으로, 이들 각도는 예를 들어 전술한 방식으로 변위 증폭 또는 힘 증폭에 영향을 미치도록 상이할 수 있다. SMA 와이어의 제1 부분과 제2 부분 사이의 각도는 실질적으로 90도일 수 있다. 대안적으로, 제1 부분과 제2 부분 사이의 각도는 90도 미만일 수 있고, 이에 따라 압축력이 증가하고 따라서 주어진 SMA 와이어 장력에 대한 유효 스프링 상수가 감소한다.

SMA 액추에이터 어셈블리는 플렉셔 암의 가동 단부와 제2 부분 사이의 커플링 링크를 포함할 수 있다. 커플링 링크는 여기에 기술된 실시예의 커플링 링크 중 임의의 것일 수 있다. 커플링 링크는 가동 부분에 작동력을 가하고 작동력에 직교하는 방향으로 컴플라이언트하도록 구성된다. SMA 와이어와 커플링 링크 사이의 각도는 실질적으로 90도일 수 있다. 대안적으로, SMA 와이어와 커플링 링크 사이의 각도가 90도 미만일 수 있으므로 압축력이 증가하여 주어진 SMA 와이어 텐션에 대한 유효 스프링 상수가 감소한다.

SMA 와이어의 수축되지 않은 상태에서 SMA 와이어와 플렉셔 암 사이의 각도는 예각이고, 바람직하게는 각도가 45도 미만이고, 더욱 바람직하게는 각도가 20도 내지 35도 범위에 있다 . 이는 변위 또는 스트로크 증폭에 영향을 줄 수 있다. 대안적으로, SMA 와이어의 수축되지 않은 상태에서 SMA 와이어와 플렉셔 암 사이의 각도는 45도 이상이고, 더욱 바람직하게는 각도는 60도 내지 80도 범위이다. 이는 힘 증폭에 영향을 줄 수 있다.

액추에이터 컴포넌트의 작동 시, 플렉셔 암은 20도 미만, 10도 미만, 8도 미만 및 5도 미만 중 어느 하나의 각도까지 휘어질 수 있다. 이것은 플렉셔 암의 휘어짐과 제2 부분의 움직임을 더 제어 가능하게 만들 수 있다.

이제 본 발명의 특정 실시예가 다음과 같이 설명될 것이다.
다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 4개의 작동 유닛을 포함하는 SMA 액추에이터 어셈블리의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리의 작동 유닛을 도시하는 확대 개략 평면도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리와 함께 사용하기 위한 작동 유닛의 다른 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리의 평면도이다.
도 5a는 도 4b에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리의 작동 유닛을 보여주는 확대 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 작동 유닛의 움직임을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리의 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리의 평면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리의 작동 유닛을 보여주는 확대 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동 유닛을 확대 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리를 보여주는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 플렉셔 암의 강성 감소를 예시하는 개략도이다.
도 14a 내지 도 14e는 강성 감소가 달성될 수 있는 다양한 플렉셔 어셈블리를 보여주는 평면도 및 사시도이다.
도 15a 내지 도 15d는 SMA 와이어와 플랙셔 암의 상대적 위치를 설명하는 개략적인 평면도이다.
도 16은 강성 감소가 달성될 수 있는 또 다른 SMA 액추에이터 어셈블리의 개략적인 사시도이다.

카메라 어셈블리

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터 어셈블리(2)를 포함하는 카메라의 개략적인 단면도이다. 도 1에서, 액추에이터 어셈블리(2)(여기서는 "SMA 액추에이터" 또는 단순히 "액추에이터"라고도 함)를 포함하는 카메라 어셈블리(1)가 도시되어 있다.

카메라 어셈블리(1)는 렌즈 어셈블리(21)를 광축(O)에 수직인 방향으로 지지 구조(4)에 대해 렌즈 어셈블리(21)의 이동을 허용하는 방식으로 지지 구조(4)을 지지하는 SMA 액추에이터 어셈블리(2)(제2 부분 또는 가동 부분의 예)에 의해 지지 구조(4) 상에 현가되는(suspended) 렌즈 어셈블리(21)를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 렌즈 어셈블리(21)는 지지 구조(4)에 대해 고정될 수 있는 렌즈에 대해 이동 가능한 이미지 센서로 대체될 수 있다.

지지 구조(4)은 베이스(5)를 포함한다. 이미지 센서(6)는 베이스(5)의 전면에 장착된다. 베이스(5)의 후방 측 상에는 제어 회로가 구현된(implemented) 통합회로(integrated circuit, IC)와 또한 자이로스코프 센서(31)가 장착된다. 또한, 지지 구조(4)는 카메라 장치(1)의 다른 컴포넌트들을 감싸고(encase) 보호하는 베이스(5)로부터 전방으로 돌출하는 캔(can)(7)을 포함한다. 일반적으로 IC(30) 및/또는 자이로스코프 센서(31)는 베이스(5)에 부착될 필요는 없지만 카메라 어셈블리(1)가 통합된 장치의 다른 곳에 제공될 수 있다.

렌즈 어셈블리(21)는 광축(O)을 따라 배치된 2개의 렌즈(22)를 지지하는 원통형 바디 형태의 렌즈 캐리지(23)를 포함한다. 일반적으로 하나 이상의 렌즈(22)가 임의의 개수만큼 포함될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 렌즈(22)는 약 20mm까지의 직경을 갖는다. 따라서 카메라(1)는 소형 카메라로 지칭될 수 있다.

렌즈 어셈블리(20)는 이미지 센서(6) 상으로 이미지를 포커싱 하도록 배치된다. 이미지 센서(6)는 이미지를 캡처하며, 예를 들어 전하 커플링 소자(charge-coupled device, CCD) 또는 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) 소자와 같은 적합한 유형일 수 있다.

렌즈(22)는 예를 들어 포커싱 또는 줌을 제공하기 위해 이미지 센서(6)에 대해 광축(O)을 따라 이동 가능하도록 렌즈 캐리지(23) 상에 지지될 수 있다. 특히, 렌즈(22)는 렌즈 어셈블리(21)를 기준으로 광축(O)을 따라 이동 가능한 렌즈 캐리지(23)에 고정된다. 이 예에서 모든 렌즈(22)가 렌즈 캐리지(23)에 고정되지만, 일반적으로 하나 이상의 렌즈(22)는 렌즈 어셈블리(21)에 고정될 수 있고 따라서 이미지 센서(6)에 대해 광축(O)을 따라 이동할 수 없다.

렌즈 어셈블리(21)와 렌즈 캐리지(23) 사이에 제공되는 축 방향 엑추에이터 배치(axial actuator arrangement)(24)는 이미지 센서(6)에 대하여 광축(O)을 따라 렌즈 캐리지(23)와 렌즈들(22)의 이동을 구동하도록 배치된다. 축 방향 액추에이터 배치(24)는 임의의 적합한 유형, 예를 들어 보이스 코일 모터(VCM) 또는 SMA 와이어의 배치일 수 있다.

자세한 내용은 본 참조 자료에 수록된 WO 2017/098249 A1에서 제공된다.

액추에이터 어셈블리

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터 어셈블리(2)를 도시한다. 도 2a는 도 1에 도시된 SMA 액추에이터 어셈블리(2)의 개략적인 평면도이며, 이 액추에이터 어셈블리(2)는 플렉셔 배치(72) 형태의 작동 유닛을 포함한다. 도 2의 액추에이터 어셈블리(2)는 4개의 작동 유닛을 포함하지만, 일반적으로 하나 이상의 작동 유닛이 제공될 수 있다. 도 2b는 단일 작동 유닛의 확대도를 도시한다.

SMA 액추에이터 어셈블리(2)는 지지 구조(50)(청구된 제1 부분의 예) 및 지지 구조(50)에 대해 이동 가능한 가동 부분(60)(청구된 제2 부분의 예)을 포함한다. 도 2a의 지지 구조(50)는 도 1의 지지 구조(4)에 대응할 수 있다. 지지 구조(50) 및 가동 부분(60) 각각은 직사각형 외부 에지(또는 "주변 에지") 및 원형 내부 에지를 갖는 편평하고 얇은 환형의 형태를 취할 수 있다. 가동 부분(60)의 외측 에지는 지지 구조(50)의 외측 에지 내부에 있지만, 지지 구조(50)와 가동 부분(60)의 내측 에지는 일반적으로 함께 확장되어 있다(co-extensive).

가동 부분(60)은 예를 들어 렌즈 캐리지(23)(도 1)에 연결함으로써 렌즈 어셈블리(21)(도 1)를 지지할 수 있다. 대안적으로, 가동 부분(60)은 이미지 센서를 지지할 수 있다. 지지 구조(50)는 2개의 개별 컴포넌트, 즉 서로 어픽스된(affixed) 지지 컴포넌트(support component)(52) 및 전도성 컴포넌트(conductive component)(54)로부터 형성된다. 지지 구조(50)는 카메라(1)(도 1)의 베이스(5)(도 1)에 어픽스될 수 있다.

SMA 액추에이터 어셈블리(2)는 지지 구조(50)에 가동 부분(60)을 서스펜딩(suspending)하거나 지지하기 위한 서스펜션(suspension) 시스템 또는 베어링 배치(bearing arrangement)를 더 포함할 수 있다. 베어링 배치는 가동 부분(60)과 지지 구조(50) 사이의 상대적인 직교 이동을 허용하지만 광축(O)을 따른 이동을 방지하기 위해 적어도 하나의 볼(ball)을 포함할 수 있다. 대안으로, 바람직한 실시예에서, SMA 액추에이터 어셈블리(2)는 지지 컴포넌트(54) 상에 가동부분(60)을 베어링하기 위해 광축(O)을 중심으로 이격된(spaced) 복수의 플레인 베어링을 포함한다. 플레인 베어링은 예를 들어 접착제에 의해 지지 컴포넌트(54)에 고정될 수 있다. 플레인 베어링은 예를 들어 지지 컴포넌트(54)의 표면을 에칭(etching)함으로써 지지 컴포넌트(54)과 일체로 형성될 수 있다. 플레인 베어링은 폴리머로부터 형성되거나 마찰 감소 및/또는 플레인 베어링의 수명 증가를 위한 폴리머 코팅을 포함할 수 있다.

일반적으로, 지지 구조(50) 상에 가동 부분(60)을 지지하고 지지 구조(50)에 대한 가동 부분(60)의 이동을 허용하기 위해 임의의 베어링 배치가 제공될 수 있다. 이는 최소한 플레인 베어링, 롤러 또는 볼 베어링과 같은 롤링 베어링 및 플렉셔 배치를 포함한다. 일부 실시예에서, 가동 부분(60)은 하나 이상의 작동 유닛에 의해 지지 구조 상에 지지될 수 있고, 전용 베어링 배치가 제공될 필요가 없다.

베어링 배치는 예를 들어 롤링 베어링 또는 플레인 베어링의 형태일 때 임의의 적합한 바이어싱 배치에 의해 함께 바이어스될 수 있다. 이것은 예를 들어 베어링 배치 또는 자석 배치 및 선택적으로 강자성 재료를 바이어싱하기 위한 전용(dedicated) 플렉셔를 포함하는 바이어싱 배치를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 작동 유닛은 가동 부분을 지지 구조 쪽으로 편향시키도록 구성될 수 있고, 그에 따라 베어링 배치를 함께 편향시킬 수 있다. 전용 바이어싱 배치이 필요하지 않을 수 있다.

가동 부분(60), 지지 컴포넌트(52) 및 전도성 컴포넌트(54) 각각은 패턴화된 금속 시트, 예를 들어 에칭되거나 머시닝된(machined) 스테인리스 스틸의 형태를 취할 수 있다. 지지 컴포넌트(52)는 전기 절연 유전체 재료로 코팅될 수 있다. 마찰을 줄이고 플레인 베어링의 수명을 늘리기 위해 플레인 베어링에 전기 절연 유전체 재료가 제공될 수도 있다. 다른 예시적인 구성이 사용될 수 있고, 더 자세한 내용은 WO 2017/055788 A1 및 WO 2019/086855 A1에 제공되며, 이는 여기에 참조로 포함된다.

지지 구조(50) 및 가동 부분(60)에는 선택적으로 렌즈 어셈블리(21)(도 1)로부터 이미지 센서(6)(도 1)로의 광의 통과를 허용하는 광축(O)과 정렬된 각각의 중앙 개구(aperture)가 선택적으로 제공된다. 지지 구조(50)에 대한 가동 부분(60) 및 이에 따른 렌즈 어셈블리(21)의 이동은 각각의 크림프(51, 61)에 크림핑된(crimped) 4개의 SMA 와이어(80)를 포함하는 측방향 액추에이션 배치에 의해 구동된다. 작동시, SMA 와이어(80)는 임의의 측면 방향(즉, 광축(O)에 수직인 방향)으로 지지 구조(50)에 대해 가동 부분(60)을 이동시키도록 선택적으로 구동된다. 이는 손떨림 등으로 인해 발생할 수 있는 카메라(1)의 움직임을 보정하는 광학 이미지 안정화(OIS)를 제공하는 데 사용된다.

지지 구조(50) 및 가동 부분(60)은 각각 편평한 평면 바디부(body portion)를 갖는다. 각 바디부는 4개의 주요 측면을 가진다. 각각의 바디부는 또한 중앙 원형 구멍(즉, 전술한 개구)을 갖는다. 바디부는 각각 광축 O(Z-축)에 수직, 즉 XY-평면에 평행하다. 바디부는 광축(Z축)을 중심으로 각각 중앙 위치에 위치하며 서로 유사한 크기, 모양 및 배향을 갖는다.

지지 구조(50)는 크림프(51, 61)를 지지하는 추가 부분을 포함한다. 이 예에서, 지지 구조(50)는 4개의 크림프 지지부를 가지며, 각각은 크림프(51)(또는 "정적 크림프")를 지지한다. 정적 크림프(51)용 크림프 지지대는 지지 구조(50)의 대각선 반대쪽 코너에 위치된다. 정적 크림프는 SMA 와이어의 제1 단부를 지지 구조(50)에 기계적으로 부착하도록 구성된다.

SMA 액추에이터 어셈블리는 예를 들어 SMA 와이어에 적절한 전압 또는 전류 신호를 공급함으로써 SMA 와이어의 수축을 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. SMA 와이어의 제어는 예를 들어 홀 센서(hall sensor)의 측정 또는 SMA 와이어의 저항 측정을 피드백 파라미터로 사용하는 피드백 제어를 포함할 수 있다.

작동 유닛

도 2a의 액추에이터 어셈블리는 4개의 작동 유닛을 포함한다. 각각의 작동 유닛은 지지 구조(50) 및 가동 부분(60) 중 하나에 연결된 힘 조절 메커니즘을 포함한다. 도 2a에서, 힘 조절 메커니즘은 증폭 플렉셔(76)에 의해 구현되지만(embodied), 일반적으로 SMA 와이어(80)에 의해 부여된(imparted) 힘을 조절할 수 있고 및/또는 SMA 와이어(80)의 수축에 의해 생성된 움직임을 증폭 또는 감쇄(de-amplifying)시킬 수 있는 임의의 메커니즘이 각 작동 유닛에 사용될 수 있다. 각각의 작동 유닛은 추가 플렉셔(78)에 의해 도 2b에 구현된 커플링 링크를 더 포함한다. 일반적으로, 커플링 링크는 가동 부분(60) 또는 지지 구조(50)에 작동력을 전달하면서 작동력에 수직하는 방향으로 컴플라이언스를 허용할 수 있는 임의의 메커니즘일 수 있다.

도 2a에서, 2쌍의 작동 유닛(플렉셔 배치(72a-d)의 형태)은 바디부부의 대각선으로 대향하는 코너에 각각 제공되며 정적 크림프를 위한 지지 부분이 있는 코너로부터 멀리 떨어져 있다. 작동 유닛은 각각 광축(O)을 따라 미러 구성으로 적층되어 있다. 도 2b는 플렉셔 배치(72) 형태의 단일 작동 유닛의 확대도를 도시한다. 플렉셔 배치(72)는 제1 플렉셔 암(76) 또는 증폭 플렉셔(76)(힘 조절 메커니즘의 예) 및 제2 플렉셔 암(78) 또는 커플링 플렉셔(78)(커플링 링크의 예)에 연결된 플렉셔 바디(74)(가동부의 예)를 포함한다. 이 예에서, 플렉셔 바디(74)는 플렉셔 암(76, 78)과 일체로 형성된다. 다른 실시예에서, 플렉셔 암(76, 78) 중 하나 또는 둘 다는 용접, 접착제 또는 임의의 적합한 기계적 수단에 의해 플렉셔 바디(74)에 부착될 수 있다.

플렉셔 배치(72a-d)는 다음과 같은 기능을 제공할 수 있다. 1) SMA 와이어에 에너자이징될 때(energised) 가동 부분의 변위를 증폭(또는 조절)하기 위해, 그리고 선택적으로 2) 가동 부분(60)이 복귀 및/또는 유지될 수 있도록 가동 부분(60)에 대해 측면 편향력을 적용하기 위해 SMA 와이어(80)가 에너자이징되지 않을 때 중심 위치에서, 및/또는 3) 광축을 따라 편향력을 가하여 가동 부분(60)을 베어링에 대해 가압한다.

증폭 플렉셔(76)는 제1 연결 지점(56)에서 전도성 컴포넌트(54)에, 따라서 지지 구조(50)에 고정적으로 부착된다. 이 실시예에서, 제1 연결 지점(56)은 전도성 컴포넌트(54)의 코너에 또는 그 코너를 향하여 위치되고, 증폭 플렉셔(76)는 상기 코너로부터 멀리 연장된다. 증폭 플렉셔(76)의 단부는 이동 크림프(61)를 통해 SMA 와이어(80)에 전도성 경로를 제공하도록 지지 구조(50)의 전도성 컴포넌트(52)에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 이동 크림프(61)는 플렉셔 바디와 일체로 형성될 수 있거나, 바람직하게는 임의의 적절한 수단에 의해 플렉셔 바디에 접착될 수 있다. 증폭 플렉셔(76)의 길이 및 배향뿐만 아니라 제1 연결 지점(56)의 위치는 가동 부분(60)에서 상이한 수준의 변위 증폭을 달성하기 위해 다른 실시예에서 변할 수 있다.

플렉셔 바디(74)는 이동 크림프(61)를 지지하기 위한 크림프 지지부를 포함한다. 증폭 플렉셔(76)는 크림프된(crimped) SMA 와이어(80)에 대해 각도 α로 플렉셔 바디(74)로부터 외측으로 돌출한다(project).

커플링 플렉셔(78)는 제2 연결 지점(66)에서 가동 부분(60)에 고정적으로 부착된다. 제2 연결 지점(66)은 가동 부분(60)의 에지를 따라 위치되고 제1 연결 지점(56)과의 모서리로부터 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다. 플렉셔 배치 쌍(72a,b 및 72c,d)의 미러링된(mirrored) 배치 때문에, 가동 부분(60)의 각각의 주요 측면은 각각의 연결 지점(66)에 부착된 단일 커플링 플렉셔(78)를 가지며, 커플링 플렉셔(78)는 서로 직교하는 상이한 방향으로 가동 부분(60)의 이동을 구동하도록 구성된다.

SMA 와이어(80)에 에너지가 공급되지 않을 때, 즉 SMA 액추에이터(2)가 작동되지 않고 가동 부분(60)이 중앙 위치에 있을 때, 각각의 커플링 플렉셔(78)는 일반적으로 가동 부분(60)의 대응하는 주요 측면에 평행하게 연장된다. 일부 다른 실시예에서, 제2 연결 지점(66)은 가동 부분(60)의 에지로부터 멀어지고 개구를 향하여 위치될 수 있고, 및/또는 커플링 플렉셔(78)의 길이 및 배향은 가동 부분(60)에서의 다양한 레벨의 변위 증폭을 허용하도록 변할 수 있다.

예시된 실시예에서, 증폭 및 커플링 플렉셔(76, 78)(즉, 증폭 및 커플링 플렉셔)는 플렉셔 바디(74)와 일체로 형성된다. 즉, 플렉셔 배치(72)의 컴포넌트는 동일한 재료로 만들어진다. 증폭 및 커플링 플렉셔(76, 78)는 플렉셔 바디(74)의 강성 프레임과 비교할 때 XY 평면에서 폭이 훨씬 더 얇도록 구성된다. 따라서, 2개의 플렉셔 암(76, 78)은 유연하거나 적어도 플렉셔 바디(74)보다 덜 강성이다. 결과적으로, SMA 와이어(80)가 수축할 때, 그것은 플렉셔 바디(74)를 당기고 증폭 및 커플링 플렉셔(76, 78)가 플렉셔 바디(74)를 변형시키지 않고 XY 평면의 방향으로 변형(또는 벤딩)되게 할 수 있다.

일부 다른 실시예에서, 증폭 및 커플링 플렉셔(76, 78) 중 하나 또는 둘 다는 플렉셔 바디(74)에 대해 개별적으로 형성될 수 있다. 증폭 및 커플링 플렉셔(76, 78) 중 하나 또는 둘 모두는 바람직하게는 접착제에 의해 플렉셔 바디(74) 상에 부착될 수 있지만, 이러한 연결은 용접 및 기계적 수단과 같은 임의의 다른 기술에 의해 형성될 수 있다.

도 2b는 SMA 와이어(80)의 작동 시 플렉셔 배치(72) 형태의 작동 유닛의 이동 범위를 도시한다. SMA 와이어(80)의 가열 시, SMA 와이어(80)의 변형이 증가하고 수축하게 하여 와이어 수축 방향을 향해 플렉셔 바디(74)를 당긴다. 플렉셔 바디(74)는 증폭 플렉셔(76)에 힘을 효율적으로 전달하기 위해 변형에 저항하기에 충분히 강성이다. 따라서 플렉셔 바디(74)는 압축 하중 베어링 부재(compression load-bearing member)로 간주될 수 있다. 가동 부분(60)의 이동 범위는 SMA 와이어(80)의 수축 및/또는 신장 범위에 의해 정의될 수 있으며, 그에 따라 SMA 재료가 마르텐사이트 상으로부터 수축을 일으키는 오스테나이트 상으로 전이되는 온도 범위에 의해 정의될 수 있다.

SMA 와이어(80)가 수축함에 따라 증폭 플렉셔(76)가 압축되어 변형(또는 굽힘)될 수 있다. 변형될 때, 플렉셔 바디(74)에 연결된 증폭 플렉셔(76)의 단부는 일반화된 방식으로 설명될 때 제1 연결 지점(56) 주위에서 회전할 수 있다. 이는 플렉셔 바디(74)가 제1 연결 지점(56)을 중심으로 회전하고 측방향으로 병진 이동하게 한다. 플렉셔 바디(74)의 움직임은 결과적으로 커플링 플렉셔(78)를 당기거나 당겨서 측방향으로(도 2b에서는 아래쪽으로) 이동하게 하여 가동 부분(60)을 SMA 와이어(80)의 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 이동시키고, 장력을 받아 변형(또는 구부러짐)시켜 가동 부분(60)을 중심 위치에서 약간 멀어지게 한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 플렉셔 바디(74)의 회전은 SMA 와이어의 수축량(dwire)보다 xy 평면에서 가동 부분(60)의 더 큰 움직임(dmp)을 초래한다. 즉, 플렉셔 배치(72)는 측면 렌즈 캐리지 이동 범위(예를 들어, 스트로크)를 유리하게 증폭시키는 증폭 메커니즘으로서 효과적으로 기능하고, 따라서 개선된 OIS 성능을 제공할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 이동 범위의 증폭은 SMA 와이어(80)의 수축 방향에 대한 증폭 플렉셔(76)의 배향에 크게 의존한다. 보다 구체적으로, 증폭은 SMA 와이어(80)와 증폭 플렉셔(76)가 플렉셔 바디(74)로부터 멀리 연장할 때 사이의 각도(α)에 크게 의존한다. 더 작은 각도α 는 플렉셔 배치(72)가 주어진 SMA 와이어 스트레인 dwire를 플렉셔 바디(74)에서 더 큰 변위 dmp로 변환할 수 있게 하며, 이는 차례로 커플링 플렉셔(78)를 통해 액추에이터 어셈블리의 가동 부분(60)으로 전달된다. 변위 증폭을 달성하기 위해(힘이 감소하는 대신) 각도 α는 45°보다 작은 것이 바람직하다. 각도 α는 SMA 와이어 수축으로부터 발생하는 힘이 플렉셔 바디(74)에서 회전을 구동하기에 충분하도록 보장하기 위해 적어도 20°일 수 있다. 바람직하게는, 각도 α는 30° 내지 35°의 범위 내이다.

반면에, 힘 증폭을 달성하기 위해(움직임이 감소하는 대신), 더 큰 각도 α(예: α > 45°)는 작동력의 증가와 함께 가동 부분(60)의 변위 감소를 야기할 수 있다. 예를 들어 무거운 렌즈나 이미지 센서를 이동할 때와 같은 경우에 이러한 배치는 더 바람직하다.

이동 범위의 증폭은 또한 제1 연결 지점(56)에 대한 플렉셔 바디(74)에서의 커플링 플렉셔(78) 및 SMA 와이어(80)의 위치에 의존한다. 즉, 각각의 위치의 변경은 플렉셔 배치(72)에 의해 제공되는 바와 같은 레버의 기능을 변경하여 가동 부분(60)의 이동 증폭 정도를 변경한다.

따라서, 플렉셔 배치를 레버로 간주할 때, 이러한 증폭 정도는 제1 연결 지점에 대한 힘 입력과 힘 출력의 위치를 비교함으로써 개괄적으로 정량화될 수 있다. 도 2b를 참조하면, SMA 와이어(80)는 제1 연결 지점으로부터 제1 오프셋(d1)에서 연장되고 커플링 플렉셔(78)는 제1 연결 지점으로부터 제2 오프셋(d2)에서 연장된다. 증폭비 RA 는d2/d1으로 정의될 수 있다. 본 발명에서, RA는 적어도 1 , 또는 적어도 1.2 또는 적어도 1.5, 또는 적어도 2 이상인 것으로 간주될 수 있다.

도 3은 작동 유닛으로서 작동하는 대안적인 한 쌍의 플렉셔 배치(772a, 772b)의 확대 사시도이다. 플렉셔 배치(772a, 772b)는 힘 조절 메커니즘을 제공할 목적으로 조절된 플렉셔 배치 설계를 갖는 것을 제외하고는 도 2a 및 도 2b에 도시된 플렉셔 배치(72a-d)와 기능적으로 유사하다.

플렉셔 배치(772a)를 예로 들면, 3개의 주요 컴포넌트인 플렉셔 바디(774), 증폭 플렉셔(776) 및 커플링 플렉셔(778)가 개별적으로 형성되고 용접부(90)에 의해 함께 용접된다. 그러나 일반적으로 이러한 주요 컴포넌트 중 두 개 또는 모두가 일체로 형성될 수 있다.

증폭 플렉셔(776)는 제1 연결 지점(66)에서 전도성 컴포넌트(미도시)의 돌출된(raised) 부분에 연결하기 위해 XY 평면에서 연장되는 평면 부분을 포함한다. 예시된 실시예에서, 한 쌍의 플렉셔 배치(772a, 772b)는 서로 인접하게 배치되며, 따라서 이들은 각각 제1 연결 지점(66)을 갖는다. 다른 실시예에서, 그것들은 적층되어 동일한 제1 연결 지점(66)에 용접될 수 있다.

증폭 플렉셔(776)는 XY 방향으로는 컴플라이언트하지만 Z 방향으로는 컴플라이언트하지 않는 플렉셔 요소를 더 포함한다. 플렉셔 요소는 평면 부분에 수직으로 연장되어 증폭 플렉셔(776)가 도 3에 도시된 바와 같이 XY 평면에 있는 것보다 광축을 따라 훨씬 더 넓다. 플렉셔 요소가 두꺼울수록 XY 평면에서 더 큰 편향력을 제공할 수 있지만 벤딩에 대한 저항이 증가한다. 따라서, XY 방향으로의 컴플라이언스를 보장하기 위해, 예를 들어 커플링 플렉셔(778)보다 덜 강성인 더 얇은 플렉셔 요소를 제공하는 것이 바람직하다.

도 3으로부터 명백한 바와 같이, 증폭 플렉셔(776)는 예를 들어 플렉셔 바디(774)에 비해 상대적으로 짧게 만들어질 수 있다. 도 3을 참조하면, 증폭 플렉셔(776)는 더 짧게 만들어질 수 있고, 플렉셔 바디는, 예를 들어, 플렉셔 바디의 길이가 증폭 플렉셔를 따르는 방향 및 증폭 플렉셔의 벤딩 방향에 수직하는 방향으로 증폭 플렉셔보다 적어도 2배 이상 길도록, 더 길게 만들어질 수 있다. 이것은 증폭 플렉셔가 상대적으로 긴 상황에 비해 플렉셔 지점이 더 국소화되는 것을 허용한다. 따라서 작동 유닛의 움직임은 더 예측 가능할 수 있고 작동 유닛의 제어는 더 간단할 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭 플렉셔는 플렉셔 바디(774)가 지지 구조 상의 피봇 지점을 중심으로 피봇하도록 허용할 수 있는 임의의 요소로 대체될 수 있다.

도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(102)의 분해 사시도 및 평면도를 도시한다. SMA 액추에이터 어셈블리(102)는 조절된 플렉셔 배치(172)를 갖는 것을 제외하고는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 SMA 액추에이터 어셈블리(2)와 구조적 및 기능적으로 유사하다.

SMA 액추에이터 어셈블리(2)는 지지 컴포넌트(52) 상의 가동 부분(60)을 베어링하기 위해 광축(O) 주위에 이격된 복수의 플레인 베어링(56)을 포함한다. 플레인 베어링(56)은 예를 들어 지지 컴포넌트(54)의 표면을 에칭함으로써 지지 컴포넌트(52)와 일체로 형성된다. 플레인 베어링(56)은 플레인 베어링(56)의 마찰 감소 및/또는 수명 증가를 위한 폴리머 코팅을 포함한다. 그러나 일반적으로 지지 구조(50)에서 가동 부분(60)을 지지할 수 있는 임의의 적절한 베어링 배치가 사용될 수 있다. 적절한 베어링 배치의 예는 도 2를 참조하여 제공된다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 두 쌍의 작동 유닛(플렉셔 배치(172a-d)의 형태)은 각각 바디부의 대각선으로 대향하는 코너에 제공되고 정적 크림프를 위한 지지 부분이 있는 코너로부터 떨어져 있다. 플랙셔 배치 쌍은 각각 광축(O)을 따라 미러링된 구성으로 적층된다. 각각의 플렉셔 배치(172)는 증폭 플렉셔(176) 및 커플링 플렉셔(178)에 연결된 플렉셔 바디(174)를 포함한다. 이 예에서, 플렉셔 바디(174)는 플렉셔 암(176, 178)과 일체로 형성된다. 다른 실시예에서, 플렉셔 암(176, 78) 중 하나 또는 둘 다는 용접, 접착제 또는 임의의 적합한 기계적 수단에 의해 플렉셔 바디(174)에 어픽스될 수 있다.

도 5a에 상세히 도시된 바와 같이, 각각의 플렉셔 바디(174)는 강성 프레임에 고정식으로 부착된 가동 크림프(61)를 갖는 강성 프레임을 포함한다. 가동 크림프(61)는 플렉셔 배치(172)를 지지 구조(50)에 전기적 및 기계적으로 연결하기 위해 각각의 SMA 와이어(80)의 제2 단부를 크림핑한다. SMA 와이어(80)는 광축(O)에 수직으로 연장되거나 광축(O)에 수직인 평면에 대해 작은 각도로 경사질 수 있다. 도 5a의 실시예에서, 플렉셔 바디(174)는 x-y 평면에서 볼 때 증폭 플렉셔(176)를 완전히 둘러싸고 있다. 플렉셔 바디(174)는 상대적으로 강성이고 변형에 저항하므로 압축 하중 베어링 부재로서 작용한다.

증폭 플렉셔(176)는 제1 연결 지점(56)에서 전도성 컴포넌트(54)에 고정식으로 부착된다. 도시된 실시예에서, 제1 연결 지점(56)은 전도성 컴포넌트(54)의 모서리에 또는 이를 향하여 위치되고, 증폭 플렉셔(176)는 상기 모서리로부터 멀리 연장된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 증폭 플렉셔(176)의 전체 길이는 플렉셔 바디(174)의 강성 프레임에 둘러싸이므로, 증폭 플렉셔(176)는 플렉셔 바디(174)의 일부와 함께 연장된다. 증폭 플렉셔(176)의 길이 및 배향뿐만 아니라 제1 연결 지점(156)의 위치는 가동 부분(60)의 상이한 레벨의 변위 증폭을 달성하기 위해 다른 실시예에서 변할 수 있다.

커플링 플렉셔(178)는 제2 연결 지점(66)에서 가동 부분(60)에 고정식으로 부착된다. 제2 연결 지점(66)은 가동 부분(60)의 에지를 따라 위치되고 제1 연결 지점(56)과의 모서리로부터 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다. 플렉셔 배치 쌍(172a,b 및 172c,d)의 미러링된 배치로 인해, 가동 부분(60)의 각 주요 측면은 각각의 제2 연결 지점(66)에 부착된 커플링 플렉셔(178)를 가지고, 여기서 커플릭 플렉셔(178)는 서로 수직하는 상이한 방향으로 가동 부분(60)의 이동을 구동하도록 구성된다.

SMA 와이어(80)에 에너지가 공급되지 않을 때, 즉 SMA 액추에이터(2)가 작동되지 않고 가동 부분(60)이 중앙 위치에 있을 때, 각각의 커플링 플렉셔(178)는 일반적으로 가동 부분(60)의 대응하는 주요 측면에 평행하게 연장된다. 일부 다른 실시예에서, 제2 연결 지점(66)은 가동 부분(60)의 에지로부터 멀어지고 개구를 향하여 위치될 수 있고, 및/또는 커플링 플렉셔(78)의 길이 및 배향은 가동 부분(60)에서의 다양한 레벨의 변위 증폭을 허용하도록 변할 수 있다.

예시된 실시예에서, 증폭 및 커플링 플렉셔(176, 178)는 플렉셔 바디(174)와 일체로 형성된다. 또한, 크림프(61)도 플렉셔 바디(174)와 일체로 형성된다. 즉, 플렉셔 배치(172)의 컴포넌트는 동일한 재료로 만들어진다. 증폭 및 커플링 플렉셔(176, 178)는 플렉셔 바디(174)의 강성 프레임과 비교할 때 XY 평면에서 폭이 더 얇도록 구성된다. 따라서, 2개의 플렉셔 암(176, 178)은 유연하거나 적어도 플렉셔 바디(174)보다 덜 강성이다. 그 결과, SMA 와이어(80)가 수축할 때, SMA 와이어(80)는 플렉셔 바디(174)를 당기고 플렉셔 바디(174)를 변형시키지 않고 플렉셔 바디 암(176, 178)을 XY 평면 방향으로 변형(또는 벤딩)하게 한다.

일부 다른 실시예에서, 증폭 및 커플링 플렉셔(176, 178) 중 하나 또는 둘 다는 플렉셔 바디에 대해 개별적으로 형성될 수 있다. 증폭 및 커플링 플렉셔(176, 178) 중 하나 또는 둘 모두는 바람직하게는 접착제(adhesive)에 의해 플렉셔 바디(174)에 부착될 수 있지만, 그러한 연결은 용접 및 기계적 수단과 같은 임의의 다른 기술에 의해 형성될 수 있다.

도 5b는 SMA 와이어(80)의 작동 시 플렉셔 배치(172)의 이동 범위를 도시한다. SMA 와이어(80)의 가열 시, SMA 와이어(80)의 스트레인(strain)이 증가한다. 이는 SMA 와이어(80)가 수축하게 하여, 점선으로 도시된 바와 같이 와이어 수축 방향을 향하여 플렉셔 바디(174)를 끌어당긴다. SMA 와이어(80)의 수축은 증폭 플렉셔(176)에 의해 증폭되고 결과적인 작동력은 도 2를 참조하여 이미 설명된 방식으로 커플링 플렉셔(178)를 통해 가동 부분(60)으로 전달된다. 따라서 도 4 및 도 5의 실시예는 변위 또는 힘 증폭을 달성하기 위한 작동 유닛으로서 대안적인 플렉셔 배치(172)를 제공한다.

도 2 및 3의 실시예와 비교하여, 도 4 및 5에서 증폭 플렉셔는 SMA 와이어(80)의 수축 시 (압축보다는)텐션에 놓이게 된다. 이것은 증폭 플렉셔(176)의 버클링(buckling) 위험을 피하거나 적어도 감소시킬 수 있고, 따라서 더 큰 작동력의 사용을 허용하고 및/또는 작동 유닛의 신뢰성(reliability)을 향상시킨다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(202)의 평면도이다. SMA 액추에이터 어셈블리(202)는 각각의 커플링 플렉셔(278)와 일체로 형성된 가동부(273a-d)의 프로비전(provision)을 제외하고는 도 4a 및 4b의 SMA 액추에이터 어셈블리(102)와 구조적 및 기능적으로 유사하다. 가동부(273a-d)는 용접부(90)에서 함께 용접되어 가동 부분(60)을 형성한다. 접착제 또는 기계적 조인트와 같은 다른 적절한 기술이 용접부(90) 대신에 사용될 수 있다. 유리하게는, 그러한 배치는 용접 전에 각각의 제2 연결 지점(66)에 대한 커플링 플렉셔(278)의 정확한 포지셔닝(positioning)을 요구하지 않는다. 오히려, 가동부(273a-d)은 요구되는 위치에서 이미 커플링 플렉셔(278)와 어셈블된다. 따라서, 이러한 배치는 커플링 플렉셔(278)와 각각의 제2 연결 지점(66) 사이의 보다 정확한 정렬뿐만 아니라 보다 효율적인 어셈블리 공정을 가능하게 한다. 일부 다른 실시예에서, 플렉셔 배치(272) 및 가동 부분(60)은 일체로 형성된다.

도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(302)의 플렉셔 배치(372)의 평면도이다. 순전히 예시적인 목적을 위해, 지지 구조(50)는 도 7a에 도시되어 있지 않다. SMA 액추에이터 어셈블리(302)는 조절된 플렉셔 배치(372)와 선택적으로 통합된 플렉셔 배치(372) 및 가동 부분(60)을 갖는 것 외에는, 도 2 내지 도 4의 SMA 액추에이터 어셈블리(2)와 구조적 및 기능적으로 유사하다. SMA 액추에이터(302)에 특징적으로 나타나는 플렉셔 배치(372)는 도 2 내지 도 4에 참조하여 설명된 SMA 액추에이터 어셈블리(2, 102, 202)와는 다른 레버 시스템을 이용한다. 보다 구체적으로, 플렉셔 배치(372)는 SMA 와이어(80)에 평행하게 연장되고 이로부터 오프셋된 증폭 플렉셔(374)를 포함한다.

예시된 예에서, 플렉셔 배치(372)는 제1 (더 짧은) 플렉셔 바디부와 제2 (더 긴) 플렉셔 바디부가 그 단부에서 수직으로 결합된 "L" 형상 플렉셔 바디(374)를 포함한다. SMA 와이어(80)는 제2 플렉셔 바디부의 자유 단부에 제공되고 제1 플렉셔 바디부로부터 떨어져 있는 이동 크림프에 부착된다. 즉, SMA 와이어(80)의 일부는 제2 플렉셔 바디부의 길이를 따라 연장된다.

제2 플렉셔 바디부로부터 떨어져 있는 제1 플렉셔 바디부의 단부는 커플링 플렉셔(378)에 연결된다. 선택적으로, 커플링 플렉셔(378)는 가동 부분(60)과 일체로 형성된다. 커플링 플렉셔(378)는 가동 부분(60)의 주요 측면을 따라 연장되고 SMA 와이어(80)가 수축하는 동안 변형되어 플렉셔 바디(374)의 동작을 가동 부분(60) 상으로 전달하도록 구성된다. SMA 와이어(80)에 에너지가 공급되지 않을 때, 커플링 플렉셔(378)는 가동 부분(60)을 중심 위치를 향해 편향시키도록 구성된다.

증폭 플렉셔(376)는 제1 플렉셔 바디부로부터 돌출되고 제2 플렉셔 바디부과 함께 연장된다. 도시된 실시예에서, 증폭 플렉셔(372)는 제2 플렉셔 바디부와 동일한 길이를 갖도록 배치되지만, 일반적으로 필요한 것은 아니다. 다른 실시예에서, 증폭 플렉셔(376)의 길이는 제2 플렉셔 바디부와 다를 수 있으며, 즉, 제1 연결 지점(56)에 대한 이동 크림프(61)의 위치가 다를 수 있으며, 이는 다른 증폭 성능을 발생시킨다.

증폭 플렉셔(376)는 제2 플렉셔 바디부로부터 오프셋되어 위치된다. 보다 구체적으로, 증폭 플렉셔(372)는 제2 플렉셔 바디부로부터의 오프셋에 의해 정의된 위치에서 제1 플렉셔 바디부로부터 돌출한다. 이 예에서 설명된 오프셋은 제1 플렉셔 바디부 길이의 약 1/4이다. 다른 실시예에서, 오프셋은 상이한 증폭 성능을 제공하도록 변할 수 있다. 예를 들어, 오프셋이 짧을수록 가동 부분(60)의 움직임이 증폭되는 정도가 높아질 수 있다.

예시된 실시예에서, 플렉셔 바디(374), 증폭 플렉셔(376), 커플링 플렉셔(378) 및 가동 부분(60)은 일체로 형성된다. 일부 다른 실시예에서, 이들 컴포넌트 중 2개 이상이 용접 또는 다른 적절한 수단에 의해 부착된다.

도 7b는 SMA 와이어(80)에 에너지가 공급될 때 플렉셔 배치(372)의 변형을 보여주는 확대된 평면도이다. 다른 실시예와 유사하게, SMA 와이어(80)가 활성화되고 수축함에 따라, SMA 와이어(80)는 플렉셔 바디(374)를 끌어당기거나 잡아당긴다. 압축 상태에서, 증폭 플렉셔(376)는 벤딩되고 플렉셔 바디(374)가 제1 연결 지점(56)에 대해 회전하고 병진운동하게 한다. 플렉셔 바디(374)는 커플링 플렉셔(378)를 연결하는 단부가 SMA 와이어(80)의 수축량보다 더 큰 거리만큼 이동하는 레버 역할을 할 수 있다. 따라서, 플렉셔 배치(372)는 가동 요소(60)의 움직임을 증폭시킨다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(402)의 플렉셔 배치(472)의 확대된 평면도이다. 순전히 예시적인 목적을 위해, 지지 구조(50)는 도 8에 도시되어 있지 않다. SMA 액추에이터 어셈블리(402)는 SMA 액추에이터(302)의 증폭 플렉셔가 피봇(475)으로 대체된 조절된 플렉셔 배치(472)를 갖는 것을 제외하고는 도 7a 및 7b의 SMA 액추에이터 어셈블리(302)와 구조적 및 기능적으로 유사하다.

예시된 실시예에서, 플렉셔 배치(472)는 세장형 플렉셔 바디(474)를 포함한다. 상기 플렉셔 바디(474)는 플렉셔 바디(474)의 일단부에 연결된 커플링 플렉셔(478) 및 타단부에 연결된 이동 크림프(61)를 갖는다. 일부 다른 실시예에서, SMA 액추에이터(302)와 유사한 "L" 형상의 바디가 사용될 수 있으며, 여기서 제1 플렉셔 바디부로부터 멀리 연장되는 제2 플렉셔 바디부는 움직임 증폭 정도를 변경하기 위해 사용될 수 있다.

플렉셔 바디(474)는 제1 연결 지점에서 전도성 컴포넌트에 전기적 및 기계적으로 연결된 피봇(475)을 포함한다. SMA 와이어(80)가 수축함에 따라 강성 플렉셔 바디(474)는 피봇(475)을 중심으로 회전하여 커플링 플렉셔(478)와 연결된 플렉셔 바디(474)의 단부가 SMA 와이어(80)의 수축과 반대 방향으로 움직인다. 이러한 플렉셔 배치는 가동 요소(60)의 움직임 증폭이 세장형 플렉셔 바디(474)의 두 단부에 대한 피봇(475)의 위치, 예를 들어 크림프(61)까지의 거리 da 및 커플링 플렉셔(478)까지의 거리 db에 의존하는 레버로서 효과적으로 작동한다. 가동 부분(60)의 움직임을 증폭시키기 위해 da/db는 1보다 작아야 한다. da/db는 0.1 내지 0.9 범위일 수 있다. 바람직하게는 da/db는 0.33 내지 0.833 범위에서 증폭비 1.2 내지 3을 달성할 수 있다.

도 8에서 SMA 와이어(80) 및 (커플링 플렉셔(478)의 형태인) 커플링 링크가 피봇(475)의 반대쪽에 제공되지만, 일반적으로 SMA 와이어(80) 및 커플링 링크는 피봇(475)의 동일한 쪽에 제공될 수 있다. 예를 들어, 커플링 링크는 SMA 와이어(80)의 수축 시 압축 상태에 놓일 수 있으며, 이에 따라 가동 부분(60)에 작동력을 전달할 수 있다. 이는 커플링 링크가 볼 베어링 또는 플레인 베어링과 같은 압축 상태에 놓일 메커니즘을 포함하는 실시예에서 특히 유리하다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터(502)의 플렉셔 배치(572)의 평면도이다. 순전히 예시적인 목적을 위해, 지지 구조(50)는 도 9에 도시되어 있지 않다. SMA 액추에이터 어셈블리(502)는 피봇(475)에 의해 제공되는 클래스 1 레버 시스템이 클래스 3 레버 시스템으로 대체되는 조절된 플렉셔 배치(572)를 갖는 것을 제외하고는 도 8의 SMA 액추에이터 어셈블리(402)와 구조적 및 기능적으로 유사하다.

예시된 실시예에서, 플렉셔 배치(572)는 증폭 플렉셔(576)와 커플링 플렉셔(578)를 연결하는 플렉셔 바디를 포함한다. 증폭 플렉셔(576)는 지지 구조(50)의 전도성 컴포넌트(52)에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 증폭 플렉셔(574)는 SMA 와이어(80)에 부착된 길이를 따라 움직이는 크림프(61)를 포함한다. SMA 와이어(80)가 수축함에 따라, 플렉셔 바디는 제1 연결 지점을 중심으로 회전하여 커플링 플렉셔(578)가 SMA 와이어(80)의 수축 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 이동한다.

이러한 플렉셔 배치는 가동 요소(60)의 이동 증폭이 증폭 플렉셔(576)의 두 단부에 대한 이동 크림프(61)의 위치, 예를 들어 제1 연결 지점까지의 거리 dc 및 커플링 플렉셔(478)까지의 거리 dd에 따라 달라지는 레버로서 효과적으로 작용한다.

도 9에서, 증폭 플렉셔(576)는 제1 연결 지점에서 피봇하게(pivotally) 연결되는 강성 플렉셔 바디로 효과적으로 대체될 수 있다. 피봇은 예를 들어 (짧은) 플렉셔로 구현될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(602)의 플렉셔 배치(672)의 평면도이다. 설명을 쉽게 하기 위해, 가동 부분(60)은 도 10에 도시되어 있지 않다. SMA 액추에이터 어셈블리(602)는 수직으로 배치된 한 쌍의 SMA 와이어(80)와 각각 연결된 2개의 플렉셔 배치(672)를 포함한다. 즉, 플렉셔 배치(672)는 두 방향으로 변위 증폭을 제공하기 위해 단일 플렉셔를 사용한다.

플렉셔 배치(672)는 플렉셔 바디(674)의 2개의 인접한 측면과 연결된 2개의 플렉셔 암(673a, 673b)을 포함한다. 2개의 플렉셔 암(673a, 673b)은 "L" 형상의 플렉셔를 형성하도록 서로 수직으로 연장된다. "L" 형상 플렉셔(672)의 2개의 단부는 지지 구조(50)의 가동 부분(60) 및 전도성 컴포넌트(52) 중 하나에 각각 부착된다.

예시된 실시예에서, 각각의 플렉셔 암(673a, 673b)은 각각의 중간점에 제공된 이동 크림프(61)를 포함한다. 따라서, 각각의 플렉셔 암(673a, 673b)은 그 길이에 대해 수직으로 연장되는 SMA 와이어(80a, 80b)를 갖는다. 플렉셔 암(673a) 중 하나를 예로 들면, SMA 와이어(80a)가 X 방향으로 수축할 때, 플렉셔 배치(672)에 응력을 가하고 두 플렉셔 암(673a, 673b)을 변형시킨다. 이는 플렉셔 바디(674)가 제1 연결 지점(656)에 대해 회전하고 평행이동하도록 하여, X 방향으로 가동 부분의 변위를 증가시킨다. 마찬가지로, 플렉셔 암(673b)을 예로 들면, SMA 와이어(80b)가 Y 방향으로 수축함에 따라, 플렉셔 배치(672)에 응력을 가하고 플렉셔 암(673a, 673b) 모두를 변형시킨다. 이는 플렉셔 바디(674)가 제1 연결 지점(656)에 대해 회전하고 평행이동하게 하여, Y 방향으로 가동 부분의 변위를 증가시킨다.

다른 실시예에서, 이동 크림프(61)는 각각의 플렉셔 암(673)의 길이를 따라 임의의 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 와이어(80a)의 경우, 이동 크림프(61)가 플렉셔 바디(674)에 더 가깝게 위치될 때, 플렉셔 암에서 더 큰 벤딩 정도를 허용하여 변위 증폭을 개선한다. 그러나 가동 부분을 움직이는 힘은 그에 따라 감소할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동 유닛(772)을 나타내는 평면도이다. 작동 유닛은 전술한 임의의 작동 유닛 및 플렉셔 배치 대신에 제공될 수 있다. 지지 구조와 가동 부분은 설명을 쉽게 하기 위해 도시되지 않았다. 이 실시예에서, 작동 유닛은 (증폭 플렉셔 대신에) 롤러에 의해 구현된 힘 조절 메커니즘을 포함한다. 커플링 링크는 가동 부분에 연결하는 커플링 플렉셔(778)에 의해 구현된다. 다른 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이, 커플링 플렉셔(778)는 작동력에 수직인 방향으로 컴플라이언스를 허용하면서 가동 부분(60)에 작동력을 전달한다.

작동 유닛은 변위 증폭을 위한 제1 플렉셔(또는 힘 조절 플렉셔)를 포함하지 않는다는 점에서 다른 실시예와 상이하다. 대신에, 이 실시예에서 플렉셔 배치(772)는 커플링 플렉셔(778)와 SMA 와이어(80) 사이에 연결된 롤러(790)를 포함한다.

롤러(790)는 바람직하게는 원통형 바디이지만, 그 측면은 다른 곡률을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 롤러는 가동 부분의 움직임이 SMA 와이어(80)의 수축과 비선형적으로 관련되도록 하는 타원형 바디일 수 있다. 롤러(790)의 측면은 지지 구조로부터 연장되는 가이드(794)의 대응 표면 상에서 롤링하도록 구성된다. 구체적으로 롤러(790)는 가이드와 접촉점에서 접촉한다. 가이드(794)는 지지 구조와 일체로 형성되거나 지지 구조에 부착될(adhered) 수 있다. 가이드(794)는 직선형 프로파일을 갖는 것으로 도시되어 있지만 대안적으로 곡선을 포함할 수 있어 가동 부분의 움직임이 SMA 와이어의 수축과 비선형적으로 관련될 수 있다.

SMA 와이어(80)의 대부분은 커플링 플렉셔(778)에 수직으로 연장된다. SMA 와이어(80)는 중앙에서 벗어난 위치에서 롤러(790)에 부착된다. SMA 와이어(80)가 수축함에 따라 이것은 롤러(790)에 입력 힘을 가하여 가이드(794)에서 롤링하게 한다. 이와 같이 롤러(790)는 (시계 방향으로) 회전하여 커플링 플렉셔(778)를 끌어 당기고 그에 따라 가동 부분(60)에 작동력을 가한다.

제1 실시예와 유사하게, (롤러(790)와 가이드(794) 사이) 접촉점과 SMA 와이어(80) 및 커플링 플렉셔(778)가 롤러(790)에 연결되는 각각의 위치 사이의 상대적 분리(relative separation)는 변위 증폭 정도에 영향을 미친다. 또한, SMA 와이어(80) 및/또는 커플링 플렉셔(778)에 대한 가이드의 각도는 변위 증폭 정도에 영향을 미칠 수 있다.

전술한 실시예에서, 작동 유닛의 커플링 링크는 커플링 플렉셔에 의해 구현된다. 도 12a 내지 12c는 커플링 링크(878)가 롤링 베어링에 의해 구현되는 작동 유닛을 개략적으로 도시한다. 도 12a 내지 12c의 커플링 링크(878)는 특히 SMA 와이어(80)의 수축 시 커플링 링크가 압축(인장보다는) 하에 배치되는 배치에서 전술한 커플링 플렉셔 중 임의의 것 대신에 제공될 수 있다.

도 12a에 도시된 작동 유닛은 증폭 플렉셔(876) 형태의 힘 조절 메커니즘을 포함하고, 한쪽 단부는 지지 구조(50)에 연결되고 다른 단부는 플렉셔 바디(874)에 연결된다. SMA 와이어(80)는 수축시 지지 구조(50)에 대해 플렉셔 바디(874)를 이동시키기 위해 플렉셔 바디(874)와 지지 구조(50) 사이에 연결된다. 힘 조절 메커니즘 및 SMA 와이어(80)의 배치는 이전 실시예와 관련하여 설명된 바와 같을 수 있고, 따라서 변위 또는 힘 증폭을 달성할 수 있다.

도 12a의 커플링 링크(878)는 롤링 베어링(878)에 의해 구현된다. 롤링 베어링(878)은 롤링 요소(878a)를 포함한다. 롤링 요소(878a)는 예를 들어 롤러 또는 볼일 수 있다. 롤링 요소(878a)는 힘 조절 메커니즘, 특히 플렉셔 바디(874) 상의 베어링 표면(878b1) 상에 베어링한다. 롤링 요소(878a)는 추가로 가동 부분(60) 상의 베어링 표면을 베어링한다. SMA 와이어(80)의 수축 시, 롤링 베어링(878)은 압축 상태에 놓이고, 작동력은 힘 조절 메커니즘으로부터 베어링 표면(878b) 및 베어링 요소(878a)를 통해 가동 부분(60)으로 전달된다. 또한, 롤링 베어링(878)은 작동력에 직교하는 방향으로 컴플라이언스를 달성한다.

도 12b는 롤링 베어링(878)의 측면도를 개략적으로 도시하고, 도 12c는 가동 부분(60) 상의 베어링 표면(878b2)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 베어링 표면(878b1, 878b2)은 각각 힘 조절 메커니즘 및 가동 부분(60)와 일체로 형성될 수 있다. 가동 부분(60) 상의 베어링 표면(878b2)은 예를 들어 가동 부분(60)을 형성하는 판금 부분에서 90도 벤딩에 의해 형성될 수 있다. 힘 조절 메커니즘 상의 베어링 표면(878b1)은 예를 들어 플렉셔 바디(874) 및 선택적으로 증폭 플렉셔(876)를 형성하는 판금 부분에서 90도 벤딩에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 베어링 표면(878b1, 878b2)은 가동 부분(60) 상의 작동 유닛에 부여된 작동력의 방향에 수직으로 연장될 수 있다.

도시되지는 않았지만, 베어링 표면(878b1, 878b2)이 서로 직접 베어링하도록 일부 실시예에서 롤링 요소(878a)가 생략될 수 있다. 따라서 커플링 링크는 플레인 베어링 또는 슬라이딩 베어링으로 구현될 수 있다. 플레인 베어링은 베어링 표면(878b1, 878b2) 사이에 액체 또는 고체 윤활제와 같은 마찰 감소 재료를 포함할 수 있다.

플렉셔 강성 감소

전술한 여러 실시예에서, SMA 와이어(80)는 플렉셔 암을 변형시키는 데 사용된다. 예를 들어, 도 2 내지 6, 9 및 12의 실시예에서, SMA 와이어(80)의 수축은 증폭 플렉셔의 변형을 야기한다. 일반적으로, 많은 다른 SMA 액추에이터 어셈블리는 SMA 와이어(80)의 수축 시 변형되는 플렉셔 암을 포함할 수 있다. 그러한 플렉셔 암의 본질적인 강성 또는 스프링 상수는 플렉셔 암의 벤딩에 저항할 수 있고, 따라서 SMA 와이어(80)의 수축에 반대되는 힘을 제공할 수 있다. 이와 같이, 가동 부분(60)에 SMA 와이어(80)에 의해 부여된 합력, 따라서 지지 구조(50)에 대해 가동 부분(60)을 이동시키기 위한 사용 가능한 힘은 플렉셔 암이 벤딩을 저항하지 않는 상황에 비해 감소된다.

플렉셔 암에 의한 SMA 와이어 수축에 대한 저항을 감소시키는 한 가지 방법은 SMA 와이어(80)에 평행한 방향으로 플렉셔 암의 고유 강성 또는 스프링 상수를 감소시키는 것이다. 이것은 예를 들어 SMA 와이어(80)에 평행한 방향으로 플렉셔 암을 더 얇게 만듦으로써 달성될 수 있다. 그러나 플렉셔 암의 두께를 줄이면 플렉셔 암이 버클링되기 쉽다. 따라서 SMA 액추에이터 어셈블리의 손상에 대한 저항성과 신뢰성에 영향을 주지 않으면서 플랙셔 암의 스프링 상수를 얼마나 줄일 수 있는지에 대한 고유한 제한이 있다. 가동 부분을 디폴트 위치로 되돌리기에 충분한 편향력을 제공하는 것과 같은 다른 목적을 위해 플렉셔 강성을 설계하는 것이 바람직할 수도 있다. 내재적(intrinsic) 플렉셔 강성은 이러한 다른 고려 사항으로 인해 고정될 수 있다.

따라서 SMA 액추에이터 어셈블리에서 플랙셔 암의 유효 스프링 상수를 감소시키기 위한 대체 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 플렉셔 암의 유효 스프링 상수 또는 유효 강성, 즉 플렉셔 암에 의한 SMA 와이어(80)의 수축에 대한 저항이 플렉셔 암을 적절히 압축함으로써 감소될 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 실시예에서, 따라서 이것은 압축력이 플렉셔 암에 부여되는 배치에서 장력을 받는 SMA 와이어(80)를 배치함으로써 달성된다. 플렉셔 암에 대한 SMA 와이어(80)의 배치 및 SMA 와이어에서의 인장력(tensional force)의 크기는 플렉셔 암에 압축력이 가해지지 않는 상황에 비해 플렉셔 암의 유효 스프링 상수가 50% 이상 감소하도록 구성된다. 이와 관련하여, 유효 스프링 상수는 SMA 와이어(80)에 의해 플렉셔 암에 가해지는 힘의 방향으로 정의된다. 유효 스프링 상수는 플렉셔 암에서의 SMA 와이어(80)에 의해 부여된 (SMA 와이어를 따르는 방향에서의) 힘의 변화와 그 힘의 변화로 인한 위치의 변화, 즉 (SMA 와이어를 따르는 방향에서의) 움직임 또는 변위량의 비율이다.

일부 실시예에서, 유효 스프링 상수는 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 90% 감소된다. 특히 바람직한 실시예들에서, 유효 스프링 상수는 적어도 99% 또는 실질적으로 100% 감소되어, 가동부(60)를 이동시키기 위해 SMA 와이어(80)에 의해 부여되는 힘에 대한 플렉셔 암의 내재 강성의 영향을 효과적으로 제거한다.

예를 들어, 도 13a 및 13b는 플렉셔 암(76)을 도시한다. 플렉셔 암(76)은 지지 구조("제1 부분"의 예)에 대해 고정된 고정 단부(56)를 포함한다. 플렉셔 암(76)은 플렉셔 암(76)의 벤딩되거나 플렉싱될(flexing) 때 고정 단부(565)에 대해 이동 가능한 가동 단부(58)를 더 포함한다. 가동 단부(58)는 SMA 와이어(80)에 커플링된다. SMA 와이어(80)는 지지 구조 사이와 플렉셔 암(76)의 가동 단부(58)에 연결된다. 예를 들어, 플렉셔 암(76)은 임의의 이전 실시예의 증폭 플렉셔에 대응할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 플렉셔 암의 가동 단부는 가동 부분에 커플링되어 SMA 와이어의 수축 시 가동 부분을 이동시킨다. 플렉셔 암의 가동 단부는 플렉셔 암(76)으로부터 가동 부분으로 작동력을 전달할 수 있는 임의의 메커니즘에 의해 가동 부분에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 플렉셔 암의 가동 단부와 가동 부분 사이에 커플링 링크 또는 SMA 와이어의 다른 부분이 제공될 수 있다.

도 13a 및 도 13b는 SMA 와이어(80)의 작동 전(76a로 표시됨) 및 작동 중(76b)에서 플렉셔 암(76)의 움직임을 도시한다.

도 13a는 플렉셔 암(76)에 압축력이 작용하지 않는 상황을 도시한다. 이 상황에서, SMA 와이어(80)를 따른 방향으로 플렉셔 암(76)의 고유 스프링 상수 k는 다음과 같이 결정될 수 있다.

여기서 ΔU_y 및 ΔF_y는 각각 SMA 와이어(80)에서의 인장력 ΔF_y의 변화에 응답하는 SMA 와이어(80)를 따르는 방향으로의 플렉셔 암(76)의 가동 단부(74)의 변위이다. 따라서, (SMA 와이어(80)의 수축 시) SMA 와이어(80)의 인장력을 ΔF_y만큼 증가시킴으로써, 가동 단부(74)가 ΔU_y만큼 이동한다.

달리 말하면, 플렉셔 암(76)의 굽힘에 대한 고유 저항은 도시된 플렉셔 모멘트(M_f)로 나타낼 수 있다. M_f는 플렉셔 재료 및 형상(두께, 길이 등)에 따라 달라지며 플렉셔 암의 가동 단부(74)의 변위 ΔU에 비례한다. 플렉셔 암(76)의 가동 단부(74)의 주어진 변위 ΔU(또는 플렉셔 암 변형 정도)에 대해 플렉셔 암(76)은 공칭의(nominal) 무부하 위치(unloaded position)로 복원하는 리액션을 갖는다.

플렉셔 암(76)의 고정 단부(56) 주위의 회전 평형은 다음과 같은 경우에 달성된다.

따라서, M_f가 가동 단부(54)의 변위 ΔU에 비례한다는 점을 고려한다면, 가동 단부(54)를 변위 ΔU_y만큼 이동시키는 데 요구되는 SMA 와이어(80)의 힘 ΔF_y는 다른 힘이 없을 때 일정하다(constant).

도 13b는 플렉셔 암(76)이 추가로 압축되는 상황을 도시한다. 이는 예를 들어 SMA 와이어(80)가 인장 상태에 있거나 인장(일반적으로 T1으로 표시됨)되기 때문에 달성될 수 있다. SMA 와이어(80)의 이러한 장력은 SMA 와이어(80)가 반대되는 힘(일반적으로 T2로 표시됨)에 대해 작용함으로써 달성될 수 있으며, 이는 일반적으로 반대되는 스프링 또는 반대되는 SMA 와이어(80) 또는 다른 액추에이터 유닛에 기인할 수 있다. SMA 와이어(80)의 힘 T1과 반대 힘 T2의 벡터 합인 합력 F_w은 플렉셔 암(76)을 압축 상태에 배치시킨다. T1 및 T2는 압축력 F_w 가 실제로 어떻게 발생하는지를 나타내기 위해 순전히 예시적인 목적으로 묘사된다는 점이 유의되어야 한다.

플렉셔 암(76)의 편향(deflection)으로 인해, F_w는 플렉셔 암(76)의 고정 단부(56)에 대해 일정 거리(예를 들어, 오프셋)에서 작용한다. 따라서 압축력 F_w는고정 단부(56) 주위의 힘 평형에 모멘트를 추가한다. 고정 단부(56) 주위의 회전 평형은 다음과 같이 된다.

따라서, SMA 와이어(80)의 수축 시 플렉셔 암의 가동 단부(58)를 ΔU_y만큼 움직이기 위한 SMA 와이어(80)의 추가 힘 ΔF_y는 SMA 와이어(80)가 에너자이징되지 않은 경우에 비해 (F_w·d₂)/d₁만큼 감소된다.

일반적으로 플렉셔 암(76)의 변형 정도가 작기 때문에 F_w 및 d₁은 SMA 와이어(80)의 수축 시 변하지 않는 것으로 간주될 수 있다. M_f및 d₂는 플렉셔 암(76)의 단부의 총 변위 ΔU에 비례하며 따라서 ΔU_y에 비례한다. 따라서 가동 단부(58)를 이동시키는 데 필요한 추가 힘 ΔF_y는 변위 ΔU_y에 비례하므로 (압축 상태일 때) 플렉셔 암(76)의 유효 스프링 상수도 거의 일정하다고 간주될 수 있다. 유효 스프링 상수는 플렉셔 암(76)의 고유 스프링 상수보다 작을 것이다.

이와 같이, 유효 스프링 상수, 즉 플렉셔 암(76)의 강성으로 인한 SMA 와이어 수축에 대한 저항은 플렉셔 암(76)을 압축 상태에 배치시킴으로써 감소된다. 강성의 감소는 플렉셔 암(76)에 작용하는 압축력 F_w를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

강성 감소에 대한 수학적 근사치는 아래에 도시된 가정된 아이덴티티(identities)에 기초하여 결정될 수 있으며, 이는 플렉셔 암(76)의 매우 작은 편향과 (SMA 와이어에 의한) 입력 힘이 (예를 들어, 커플링 링크에 대한) 출력 힘에 수직인 상황에서 홀딩되는 것으로 가정될 수 있다.

유효 스프링 상수를 해석하면 다음과 같다.

여기서 고유 스프링 상수는 플렉셔 암에 압축력이 작용하지 않을 때 SMA 와이어를 따르는 방향에서의 플렉셔 암의 스프링 상수이고, T는 SMA 와이어에서의 장력(예: 굴곡 암이 플렉싱을 겪지 않을 때), L은 굴곡 암의 길이, α는 SMA 와이어와 굴곡 암 사이의 각도이다. 효과적인 스프링 상수 감소는

이다.

위의 근사치는 SMA 와이어의 입력 힘이 가동 부분에 대한 출력 힘에 수직인 상황에 대한 것이다. 플렉셔 암과 입력 힘 사이의 각도가 α이고 플렉셔 암과 출력 힘 사이의 각도가 β인 보다 일반적인 상황의 경우 방정식은 다음과 같다.

플렉셔 암 역할을 하는 단순 캔틸레버(cantilever)를 고려하여 도 13c에서의 배치의 유한 요소 분석(FEA)을 사용하여 강성 감소가 검증되었다(validated). FEA의 목적을 위해 캔틸레버는 폭이 0.08mm이고 (도 13c의 페이지 내로의) 높이가 0.10mm인 직사각형 단면을 갖도록 선택되었다. 플렉셔 암의 길이는 3mm였다. 0.05N에서 0.5N 사이의 입력 장력 범위와 45도 및 22.5도의 두 가지 각도 α에 대해 FEA가 수행되었다. 도 13d에서 볼 수 있듯이 FEA는 SMA 와이어의 장력 증가에 따른 유효 스프링 상수의 감소를 확인했으며, 유효 스프링 상수에 대한 수학적 표현이 비교적 정확하다는 것을 확인했다.

고유 스프링 상수는 플랙셔 암의 재료 매개변수에 따라 다르며 플렉셔 암에 적용되는 힘과는 무관하다. 따라서 본 발명의 일부 실시예에 따르면 유효 스프링 상수 감소는 다음과 같이 표현될 수 있다.

또는 보다 일반적인 경우:

여기서 x%는 50%, 바람직하게는 70%, 더욱 바람직하게는 95%, 가장 바람직하게는 99%이다. 일부 실시예에서, 유효 스프링 상수 감소는 고유 스프링 상수의 최대 500% 미만, 바람직하게는 고유 스프링 상수의 최대 200% 미만 또는 최대 150% 미만일 수 있다.

따라서 플렉셔 암(76)의 유효 스프링 상수의 감소는 압축력 F_w을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. F_w는 SMA 와이어(80)의 장력을 증가시키거나(예: 와이어 수축 정도 증가), 플렉셔 암(76)에 대한 SMA 와이어(80)의 각도 α를 변경함으로써(SMA 와이어에 의한 고정 입력 힘 T_y의 경우) 증가될 수 있다. SMA 와이어(80)를 플렉셔 암(76)에 대해 45도 미만의 각도 α로 배향함으로써, SMA 와이어(80)에 의한 입력 힘이 증폭되어(움직임이 작아지는 대신) F_w가 증가될 수 있다.

바람직하게는, 플렉셔 암(76)은 SMA 와이어(80)에 대해 예각으로 연장된다. 예각은 90° 미만이다. 예각은 45° 미만 또는 30° 미만일 수 있어 스트로크 증폭을 달성한다. 예각은 최적의 스트로크 증폭을 달성하기 위해 10°에서 30° 범위에 있을 수 있다. 예각은 45°보다 크거나 60°보다 클 수 있어 힘 증폭을 달성하여 플렉셔 암에 대한 압축력을 증가시킨다. 예각은 최적의 힘 증폭 및 플렉셔 강성 감소를 달성하기 위해 60°에서 80° 범위에 있을 수 있다.

도 13a를 다시 참조하면, SMA 와이어(80)로의 에너지 공급이 중단되면, 예를 들어 SMA 액추에이터 어셈블리(2)가 스위치 오프될 때, SMA 와이어(80)는 냉각된다. 플렉셔 암에서 되돌아오는 힘에 의해 F_w가 감소하고 계수 (F_w·d₂)/d₁ 이 감소한다. 이렇게 하면 유효 스프링 레이트가 내재 스프링 레이트로 상승하여 가동 부분이 디폴트 위치로 돌아가는 데 도움이 된다.

플렉셔 암의 유효 스프링 상수를 감소시키기 위해 플렉셔 암에 압축력을 가하는 발명은 도 2-6, 9 및 12와 관련하여 설명된 실시예의 증폭 플렉셔 중 임의의 것에 적용될 수 있다.

플렉셔 암의 유효 스프링 상수를 감소시키는 발명은 전술한 실시예에 대한 적용 범위를 넘어 확장된다. 예를 들어, 스트로크 또는 힘 증폭을 달성하도록 의도되지 않은 플렉셔 암의 유효 스프링 상수는 적절하게 감소될 수 있다. 플렉셔 배치의 사용이 스트로크 증폭을 일으키지 않거나 적어도 상당한 정도의 스트로크 증폭을 초래하지 않는 실시예에서, 유효 스프링 상수의 감소는 그럼에도 불구하고 압축력 하에 플렉셔 배치를 배치함으로써 달성될 수 있다.

예를 들어, 도 14a는 본 발명의 실시예에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리(802)의 복수의 플렉셔 배치(872)의 평면도이다. 위에서 설명된 SMA 액추에이터 어셈블리는 작동력을 가동 부분에 전달하기 위한 커플링 링크가 있는 액추에이터 유닛을 포함하는 것에 비해, 도 14a의 SMA 액추에이터 어셈블리(802)는 2개의 SMA 와이어 부분이 제공되는 플렉셔 암을 포함하는데, 하나는 플렉셔 암과 지지 구조 사이에 커플링되고, 다른 하나는 플렉셔 암과 가동 부분 사이에 커플링된다.

특히 도 14a를 참조하면, 액추에이터 어셈블리(802)는 지지 구조(50) 및 가동 부분(60)을 포함한다. 지지 구조(50)에 대한 가동 부분(60)의 이동은 각각 2개의 길이를 포함하는 2개(또는 그 이상)의 SMA 와이어(80), 즉 SMA 와이어 (80_A,1-2, 80_B,1-2)를 포함하는 측방향 작동 배치에 의해 구동된다.

각각의 SMA 와이어(80)는 제1 길이(80_A) 및 제2 길이(80_B)를 포함한다. 제1 및 제2 길이는 서로에 대해 약 90°의 각도로 배향된다. 제1 및 제2 길이(80_A, 80_B)는 플렉셔 배치(872)에 의해 각각 커플링된다. 각각의 플렉셔 배치(872)는 제1 및 제2 길이(80_A, 80_B)를 커플링하여, SMA 와이어(80)가 구동될 때, 제1 길이(80_A)의 수축은 제2 길이(80_B)의 수축에 의해 제공되는 기여에 추가하여 가동 부분(60)의 이동에 기여하는 제2 길이(80_B)의 변위를 야기한다.

도 14b에 도시된 바와 같이, 플렉셔 배치(872)는 SMA 와이어의 제1 길이와 제2 길이(80_A, 80_B) 사이에 커플링을 제공하기 위해 지지 구조(50)에 대해 이동하는 플렉셔 바디(874)를 갖는다.

각 SMA 와이어(80)의 제1 길이(80_A)는 그 단부 중 하나에서 정적 크림프(831)에 연결되고, 이동 플랫폼(50)의 외부 에지를 따라 적어도 부분적으로 연장되며, 다른 단부에서는 플렉셔 바디(874)와 맞물린다. 각각의 SMA 와이어(80)의 제2 길이(80_B)는 그 단부 중 하나에서 플렉셔 바디(874)와 맞물리고, 이동 플랫폼(60)의 인접한 외부 에지를 따라 적어도 부분적으로 연장하고, 그 단부 중 다른 하나에서 이동 크림프(833)에 연결된다.

작동 시, SMA 와이어(80)는 임의의 측방향(즉, 광축(O)에 수직인 방향)으로 지지 플랫폼(50)에 대해 가동 부분(60)을 이동시키도록 선택적으로 구동된다.

특히 도 14c를 참조하면, 플렉셔 배치(832)가 이제 더 상세히 설명될 것이다. 커플링 링크가 SMA 와이어로 대체된 것을 제외하고는, 전술한 임의의 플렉셔 배치가 도 14의 실시예에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

각각의 플렉셔 배치(872)는 연결 지점(856)에서 지지 구조(50)과 플렉셔 바디(874)를 연결하는 플렉셔 암(876)을 포함한다. 플렉셔 바디(874)는 상부 플레이트, 만곡된 내벽(874a) 및 하부 플레이트로 이루어지며, SMA 와이어(80)는 만곡된 내벽(874a) 위에 그리고 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 걸려서(hooked) 내측 측방향 또는 상하 이동을 방지한다. 만곡된 내벽(874a)은 SMA 와이어(80)가 접촉하는 안전한 특징을 보장하기 위해 적어도 SMA 와이어(80)의 최소 벤딩 반경인 반경을 갖는다. 예시된 실시예에서, SMA 와이어(80)는 적절한 수단, 예를 들어 용접에 의해 또는 접착제에 의해 플렉셔 바디(874)에 고정 부착된다. 일부 다른 실시예에서, SMA 와이어(80)는 마찰에 의해 플렉셔 바디(874)에 부착될 수 있는데, 예를 들어 SMA 와이어(80)의 장력은 SMA 와이어(80)를 플렉셔 바디(874)에 대해 밀고 제자리에 홀딩시킨다.

플렉셔 암(876)은 도 2b 또는 도 3의 플렉셔 배치(772)와 동일한 방식으로 플렉셔 바디(874)로부터 방사상으로 또는 측방향 내측으로 연장된다. 보다 구체적으로, 플렉셔 암(876)은 연결 지점(756)에서 지지 구조(50)과 일치하는 표면을 형성하기 위해 XY 평면에서 연장되는 평면형 부분(876a)을 포함한다. 플렉셔 암(876)은 XY 방향으로는 컴플라이언트하지만 Z 방향으로는 그렇지 않은 플렉셔 요소(876b)를 더 포함한다. 플렉셔 요소(876b)는 플렉셔 요소(876b)가 XY 평면에서보다 광축을 따라 훨씬 더 넓도록 평면형 부분(876a)에 대해 수직하게 연장된다. 더 두꺼운 플렉셔 요소(876b)는 XY 평면에서 더 큰 편향력을 제공할 수 있지만 벤딩에 대한 저항을 증가시킨다. 플랙셔 배치는 판금으로부터 에칭, 몰딩 및 프레싱과 같은 임의의 적절한 방법으로 형성될 수 있다.

도 14d 및 14e에 도시된 872', 872''와 같은 다른 플렉셔 설계는 플렉셔 배치(872) 대신 액추에이터(802)에서 사용될 수 있다. 디자인(872', 872'') 모두는 각각의 플렉셔 바디(874)에서 SMA 와이어(80)를 지지하고 구속(restraining)하기 위한 홈(groove)을 포함한다. 도 11d는 플렉셔 암(872')과 플렉셔 바디(874')가 일체로 형성되고 단일 플렉싱 빔을 포함하는 단순한 설계를 나타내고, 도 11e는 에칭 프로세스에 의해 형성된 2개의 플렉셔 빔을 갖는 보다 견고한 설계를 나타낸다. 실시예들 사이의 상대적 강성은 플렉셔 재료와 형상에 따라 다르지만 결과적인 와이어 힘이 빔을 압축 상태에 놓으면 모두 유효 강성이 감소한다.

이 실시예에서 플렉셔 암(876)은 SMA 와이어(80)에 대해 약 45°의 예각 α로 배향된다. SMA 와이어(80)의 작동 시 플렉셔 암에서 유효 스프링율의 감소를 달성하기 위해 플렉셔 암(876)에 압축력이 적용될 수 있다. 그러나, 도 11b에 도시된 바와 같은 플렉셔 암(876)의 배향으로 인해, 이 특정 실시예는 플렉셔 암으로 인해 어느 정도의 스트로크 증폭을 달성하지 못할 수 있다. 즉, SMA 액추에이터(802)에서 달성 가능한 스트로크는 SMA 와이어(80)의 수축량에 전적으로 의존할 수 있다.

플렉셔 암(876)은 SMA 와이어(80)가 수축함에 따라 플렉셔 바디(874)가 광축(O)에 대해 이동 및/또는 회전하도록 X-Y 평면에서 컬플라이언트한다. 그렇게 할 때, 플렉셔 암(876)은 압축 상태가 되고, 따라서 도 13a에 도시된 것과 유사한 방식으로 유효 스프링 레이트가 SMA 와이어(80)를 작동시키지 않고 그 일부로 감소된다.

도 14a에 도시된 바와 같은 플렉셔 배치(872)에서, 두 길이의 SMA 와이어(80)가 플렉셔 바디(874)에 연결되어 가동 부분(60)의 움직임에 부가적으로 기여하는 경우, 각도 α는 플렉셔 암(876)과 정적 크림프(831)와 연결된 길이의 SMA 와이어(80A) 사이의 각도, 즉 가동 부분(60)이 끌려가는 방향의 각도를 의미한다. SMA 와이어(80_A, 80_B)가 플렉셔 암과 동일한 거리에 배치되는 경우, 도 15a 및 15b의 예와 같이 플렉셔 암과 플렉셔 암의 양쪽에 있는 SMA 와이어(80A, 80B) 사이의 각도 α는 동일할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 15a에 도시된 바와 같이 더 얕은(shallower) 각도 α는 도 15b에 도시된 바와 같이 셰이퍼(shaper) 각도 α를 갖는 플렉셔 배치와 비교할 때, 플렉셔 암(876)을 압축하기 위한 와이어 합력 F_W이 약해져, 플렉셔셔 강성 감소 정도가 더 낮아진다.

도 15c 및 15d에 도시된 예와 같은 일부 다른 경우에, 플렉셔 암의 배향은 SMA 와이어(80_A, 80_B)가 서로 수직으로 연장되도록 배치될 수 있다. 도 15c에서, 플렉셔 배치(872)는 이동 크림프(833)에 근위적인 연결 지점에 부착되어, 도 15d에 도시된 바와 같이 정적 크림프(831)에 근위적으로 위치되는 플렉셔 배치(872)보다 플렉셔 암(876)과 SMA 와이어(80A) 사이의 각도가 더 얕아지게 된다. 결과적으로, 도 15c에 도시된 바와 같이 각도 α가 얕을수록 플렉셔 암(876)을 압축하기 위한 와이어 합력 F_W이 더 커지게 되고(플렉셔 암과 고정 크림프(831) 사이의 SMA 와이어에 고정 장력이 주어질 경우), 따라서 굴곡 강성 감소 정도가 더 높아진다. 이는 도 15d에 도시된 바와 같이 보다 예각α를 갖는 플렉셔 배치와 비교할 때 감소된 스트로크 증폭의 비용이다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터(900)의 지지 구조의 사시도를 도시한다. 액추에이터(902)에 대한 더 자세한 내용은 WO2018/206748A에서 찾을 수 있으며, 이는 본 명세서에 전체적으로 포함된다. 지지 구조(900)는 실질적으로 편평하고 도시된 바와 같이 평면에 배치된 5개의 베이스 부분(902, 904, 906, 908, 910)을 포함할 수 있다. 베이스 부분(902-910)은 기판에 고정적으로 커플링될 수 있다. 베이스 부분(902-910)의 내부 경계에 의해 개구(924)가 형성된다. 베이스 부분(902-910)은 도시된 바와 같이 사변형 형상을 형성하도록 배치될 수 있다.

베이스 부분(902)은 크림프(916)를 포함할 수 있다. 베이스 부분(902)은 크림프(916)가 지지 구조(900)의 모서리에 제공될 수 있도록 배치될 수 있다. 베이스 부분(902) 및 크림프(916)는 기판에 고정적으로 결합될 수 있고 움직일 수 없다. 크림프(916)는 SMA 와이어의 단부 또는 지지 구조(900)의 측면/에지(926a)를 따라 이어지는 SMA 와이어(912a)의 세그먼트를 파지하는 데 사용될 수 있다.

베이스 부분(904-910) 각각은 SMA 와이어 부분(912a-d)을 연결하거나 가이드하기 위해 베이스 부분의 각 모서리에 플렉셔 배치(914a-d)를 포함한다. 플렉셔 배치(914a-d)는 각각의 베이스 부분(904-910)에 부착된 플렉셔 암 및 크림프가 제공되는 플렉셔 바디(918a-d)를 포함한다. 따라서, 플렉셔 배치(914a-d)는 SMA 액추에이터 와이어(912a-d)의 개별 부분을 함께 커플링하도록 구성된다.

작동시, SMA 와이어(912a)는 수축하고 플렉셔 배치(914a)의 플렉셔 암으로 인해 움직일 수 있는 플렉셔 바디(918a)의 이동/변위를 야기한다. 플렉셔 바디(918a)의 움직임은 또한 플렉셔 바디(918b)의 움직임/변위를 야기하며, 이는 플렉셔 배치(914b) 때문에 움직일 수 있다. 따라서, 플렉셔 바디(918b)의 이동은 전류가 SMA 와이어(912b)를 따라 흐르기 전에 발생한다. 전류가 SMA 와이어(912b)를 따라 흐를 때, SMA 와이어(912b)는 수축하고 수축은 플렉셔 바디(918b)의 추가적인 이동/변위를 야기한다. 따라서, SMA 와이어(912a 및 912b)가 수축하는 양은 플렉셔 바디(918b)가 변위되는 양까지 합산될 수 있다.

마찬가지로, SMA 와이어(912a-d)가 수축하는 양은 플렉셔 바디(918d)가 변위되는 양까지 합산될 수 있다. 보다 구체적으로, 작동시, 각각의 SMA 와이어(912a-d)는 수축하고 배치(914a-d)의 각각의 플렉셔 암이 플렉스/벤딩되도록 한다. 배치(914a-d)의 각각의 플렉셔 암은 SMA 와이어 수축이 함께 더해짐에 따라 이전의 플렉셔 배치보다 더 멀리 이동할 수 있다. 최종 플렉셔 바디(918d)의 이동은 A 방향으로 슬롯(122)의 이동을 야기하고, 이는 맞물리는 가동 부분을 이동시킨다. 따라서 이 움직임은 모든 SMA 수축의 합이다.

도 14a의 플렉셔 배치(802)와 유사하게, 이 실시예의 플렉셔 암(914a-d)은 각각의 SMA 와이어(912a-d)에 대해 약 45°의 예각(α)으로 배향되며, SMA 와이어(912a-d)의 작동 시, 압축력을 발휘하여 플렉셔 암의 유효 스프링 레이트를 감소시킨다. 그러나, 플렉셔 암의 배향으로 인해, 이 실시예는 어떠한 스트로크 증폭도 달성하지 못할 수 있다. 즉, SMA 액추에이터(900)에서 달성 가능한 스트로크는 SMA 와이어(912a-d)의 총 수축량에 전적으로 의존할 수 있다.

일부 다른 실시예(미도시)에서는, 액추에이터(예: SMA 액추에이터, 보이스 코일 모터(VCM), MEMs 장치 및 압전 장치)가 플렉셔 암에 직접 부착되지 않은 경우에도 플렉셔 암에서의 유효 스프링 레이트의 감소가 달성될 수 있다. 즉, 압축력은 강성 부재와 같은 다른 컴포넌트 또는 다른 플렉셔 배치를 통해 또는 가동 부분에 의해 유효 스프링 레이트의 감소를 달성하기 위해 플렉셔 암에 가해질 수 있다.

일부 다른 실시예(미도시)에서, 유효 스프링 레이트를 감소시키기 위해 플렉셔 암에 압축력을 가하기 위한 전용 액추에이터가 제공될 수 있다.

본 발명은 다음 항에 의해 더욱 상세하게 설명될 수 있다.

A1.

형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리에 있어서,

지지 구조;

상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분;

플렉셔 바디 및 상기 플렉셔 바디에 연결되는 복수의 플렉셔 컴포넌트를 포함하는 적어도 하나의 플렉셔 배치 - 상기 플렉셔 배치는 상기 플렉셔 컴포넌트 중 하나에 의해 상기 지지 구조 및 가동 부분 각각에 연결됨 - ;

상기 플렉셔 바디 또는 상기 플렉셔 컴포넌트들에 부착된 SMA 컴포넌트 - 상기 SMA 컴포넌트는 수축 시 상기 플렉셔 컴포넌트들 중 적어도 어드 하나를 변형시켜 상기 가동 부분을 이동 평면을 따라 실질적으로 이동시키도록 구성됨 - , 및 상기 지지 구조 및 상기 가동 부분 중 하나;

상기 가동 부분의 변위는 상기 이동 평면을 따르는 상기 SMA 컴포넌트에서의 수축량보다 큰, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리.

A2.

A1항에 있어서,

상기 플렉셔 컴포넌트들은 상기 지지 구조 중 하나와 상기 가동 부분 중 하나를 제2 연결 지점에서 연결하는 제2 플렉셔 암을 포함하고, 상기 제2 플렉셔 암은 상기 SMA 컴포넌트의 수축에 따라 변형하도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A3.

A1항 또는 A2항에 있어서,

상기 플렉셔 컴포넌트들은 제1 연결 지점에서 상기 지지 구조 및 상기 SMA 컴포넌트에 부착된 상기 가동 부분 중 하나를 연결하는 피봇을 포함하고, 상기 플렉셔 바디는 상기 이동 평면에서 상기 제1 연결 지점을 중심으로 회전하도록 구성되고, 상기 플렉셔 바디의 회전은 상기 가동 부분의 변위를 증폭시키는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A4.

A1항 또는 A2항에 있어서,

상기 플렉셔 컴포넌트들은 상기 제1 연결 지점에서 상기 지지 구조 및 상기 SMA 컴포넌트에 부착된 상기 가동 부분 중 하나를 연결하는 제1 플렉셔 암(또는 증폭 플렉셔)를 포함하고, 상기 지지 구조 및 상기 가동 부분 중 하나는 상기 SMA 컴포넌트에 부착되고, 상기 제1 플렉셔 암을 변형시킴으로써, 상기 플렉셔 바디는 상기 이동 평면에서 상기 제1 연결 지점에 대해 회전 및/또는 이동하도록 구성되고, 상기 플렉셔 바디의 회전 및/또는 이동은 상기 가동 부분의 변위를 증폭시키는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A5.

A4항에 있어서,

상기 제1 플렉셔 암은 상기 이동 평면을 따른 방향에서 동일하거나 상이한 강성을 갖도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A6.

A2항을 따르는 A5항에 있어서,

상기 제2 플렉셔 암은 상기 제2 플렉셔 암의 길이를 따라 상기 제1 플렉셔 암의 강성보다 더 높거나 더 낮거나 실질적으로 동일한 강성을 갖도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A7.

A2항 내지 A6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 플렉셔 암은 상기 가동 부분의 측면을 따라 연장되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A8.

A1항 내지 A7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 컴포넌트들 중 적어도 하나는 상기 플렉셔 바디의 회전 및/또는 이동을 용이하게 하기 위해 임의의 다른 방향들 보다 상기 이동 평면을 따르는 한 방향으로 더 낮은 강성을 가지도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A9.

A1항 및 A2항에 의존하지 않을 때 A3항 내지 A8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 바디의 회전 및/또는 이동 중에, 상기 제1 연결 지점에 대한 상기 플렉셔 바디의 배향이 20도 미만, 10도 미만, 8도 미만 또는 5도 미만 중 어느 하나의 범위 내에서 변경되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A10.

A1항 내지 A3항에 의존하지 않을 때 A4항 내지 A9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 바디에 대한 상기 제1 플렉셔 암의 배향은 상기 가동 부분의 변위 증폭 정도에 대응하는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A11.

A10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 플렉셔 암은 상기 플렉셔 바디로부터 상기 SMA 컴포넌트로 예각으로 연장되고, 상기 예각은 45° 미만 및/또는 20° 이상인, SMA 액추에이터 어셈블리.

A12.

A4항 내지 A11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 플렉셔 컴포넌트 중 하나는 일반적으로 텐션에서 변형되도록 구성되고 및/또는 상기 복수의 플렉셔 컴포넌트 중 다른 하나는 일반적으로 압축에서 변형되도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A13.

A4항 내지 A12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 SMA 컴포넌트의 길이는 상기 제1 연결 지점으로부터 제1 오프셋으로 연장되고, 상기 제2 플렉셔 암은 상기 제1 연결 지점으로부터 제2 오프셋으로 연장되고, 상기 제1 오프셋에 대한 상기 제2 오프셋의 비율은 상기 가동 부분의 변위 증폭 정도에 대응하고, 상기 제1 오프셋에 대한 상기 제2 오프셋의 비율은 적어도 1, 또는 적어도 1.2, 또는 적어도 1.5, 또는 적어도 2인, SMA 액추에이터 어셈블리.

A14.

A1항 내지 A13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 바디는 상기 플렉셔 컴포넌트와 일체로 형성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A15.

A1항 내지 A14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 바디는 상기 SMA 컴포넌트가 수축할 때 상기 플렉셔 바디가 변형에 저항하도록 상기 플렉셔 컴포넌트들 중 적어도 하나보다 더 높은 강성을 가지는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A16.

A1항 내지 A15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉셔 배치는 상기 SMA 컴포넌트와 상기 지지 구조의 전도성 회로 사이에 전기 전도성 경로를 제공하도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A17.

A16항에 있어서,

상기 플렉셔 배치는 전기 전도성 경로를 디렉팅하기 위한 전기적 브레이크를 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A18.

A1항 내지 A17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지 구조의 대각선으로 대향하는 2개의 모서리에 제공되는 2개의 플렉셔 배치를 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A19.

A1항 내지 A18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지 구조의 대각선으로 대향하는 2개의 모서리에 제공되는 2쌍의 플렉셔 배치를 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A20.

제19항에 있어서,

상기 플렉셔 배치의 각 쌍은 상기 이동 평면에 직교하는 방향에서 볼 때 상기 지지 구조의 각각의 코너 및 대향하는 코너에 적층되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A21.

A18항 내지 A20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각각의 플렉셔 배치는 상기 가동 부분의 각각의 측면에 연결되는 적어도 하나의 플렉셔 컴포넌트를 가지는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A22.

A18항 내지 A21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각각의 플렉셔 배치는 각각의 SMA 컴포넌트에 의해 상기 지지 구조 또는 상기 가동 부분에 부착되고, 상기 각각의 SMA 컴포넌트는 수축 시 상기 각각의 플렉셔 암이 변형되어 상기 이동 평면을 따르는 각각의 방향으로 상기 가동 부분을 이동시키는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A23.

A1항 내지 A22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 SMA 액추에이터 어셈블리는 복수의 플렉셔 배치들을 포함하고, 상기 가동 부분은 각각의 플렉셔 배치와 일체로 형성되는 복수의 부분들로부터 형성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.

A24.

A1항 내지 A23항 중 어느 한 항에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라 어셈블리로서,

상기 가동 부분은 상기 이동 평면에 수직하는 광축을 갖는 렌즈를 포함하고, 상기 SMA 액추에이터 어셈블리는 상기 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(OIS)를 제공하는, 카메라 어셈블리.

Claims

액추에이터 어셈블리에 있어서,
서로에 대해 이동 가능한 제1 부분 및 제2 부분; 및
하나 이상의 작동 유닛을 포함하고,
각각의 작동 유닛은,
상기 제1 부분에 연결되는 힘 조절(force-modifying) 메커니즘;
상기 힘 조절 메커니즘 및 상기 제2 부분 사이에 연결된 커플링 링크; 및
상기 힘 조절 메커니즘에 입력 힘을 가하여 상기 힘 조절 메커니즘이 상기 커플링 링크에 출력 힘을 가하고, 상기 커플링 링크가 상기 제2 부분에 작동력(actuating force)을 가하도록 하기 위해 상기 제1 부분 및 상기 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되는 SMA 와이어를 포함하고,
상기 커플링 링크는 상기 작동력의 상기 방향에 수직한 방향으로 컴플라이언트(compliant)되는, 액추에이터 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은, 상기 SMA 와이어의 길이 변화에 대응하여, 상기 힘 조절 메커니즘에 연결된 상기 SMA 와이어의 상기 단부가 상기 제1 부분에 대해 제1 거리만큼 상대적으로 이동하고, 상기 힘 조절 메커니즘에 연결된 상기 커플링 링크의 상기 단부가 상기 제1 부분에 대해 상기 제1 거리와 상이한 제2 거리만큼 상대적으로 이동하도록 구성되는, 액추에이터 어셈블리.
제2항에 있어서,
상기 제2 거리는 제1 거리보다 크고, 바람직하게는 상기 제1 거리에 대한 제2 거리의 비율이 1.1보다 크고, 더 바람직하게는 1.5보다 크고, 가장 바람직하게는 2보다 큰, 액추에이터 어셈블리.
제2항에 있어서,
상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작고, 바람직하게는 상기 제1 거리에 대한 제2 거리의 비율이 0.9 미만, 더 바람직하게는 0.7 미만, 가장 바람직하게는 0.5 미만인, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은 상기 커플링 링크에 텐션(tension)을 가하도록 상기 커플링 링크에 상기 입력 힘을 가함으로써 상기 작동력을 상기 제2 부분에 가하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커플링 링크는 플렉셔(flexure)를 포함하고, 상기 플렉셔는 신장되고(elongate) 상기 플렉셔의 길이를 따라 강성이며(stiff), 상기 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이언트한, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SMA 와이어는 상기 힘 조절 메커니즘으로부터 상기 제1 부분으로 제1 방향으로 연장되고, 상기 커플링 링크는 상기 힘 조절 메커니즘으로부터 상기 제2 부분으로 제2 방향으로 연장되며, 상기 제1 방향 및 제2 방향은 서로 실질적으로 수직하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은 상기 커플링 링크가 압축 상태에 놓이도록 상기 커플링 링크에 상기 입력 힘을 가함으로써 상기 작동력을 상기 제2 부분에 가하는, 액추에이터 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 커플링 링크는 롤링 베어링(rolling bearing) 또는 플레인 베어링(plain bearing)을 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은,
상기 SMA 와이어 및 상기 커플링 링크가 연결되는 가동부; 및
상기 가동부 및 상기 제1 부분 사이에 연결되고 상기 입력 힘에 대응하여 벤딩(bend)되도록 구성된 힘 조절 플렉셔를 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 SMA 와이어는 상기 가동부로부터 상기 제1 부분까지 제1 방향으로 연장되고, 상기 힘 조절 플렉셔는 상기 가동부로부터 상기 제1 부분까지 제3 방향으로 연장되며, 상기 제1 및 제3 방향 사이의 각도는 45° 미만 및/또는 20° 초과인, 액추에이터 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 SMA 와이어는 상기 가동부로부터 상기 제1 부분까지 제1 방향으로 연장되고, 상기 힘 조절 플렉셔는 상기 가동부로부터 상기 제1 부분까지 제3 방향으로 연장되며, 상기 제1 및 제3 방향 사이의 각도는 45° 이상 및/또는 70° 미만인, 액추에이터 어셈블리.
제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가동부는 일반적으로 작동 시 압축 상태에 있고;
상기 힘 조절 플렉셔는 작동 중에 일반적으로 텐션 상태에 있고 벤딩되도록 구성되는, 액추에이터 어셈블리.
제13항에 있어서,
상기 가동부는 상기 힘 조절 플렉셔를 따라 연장되고 및/또는 상기 힘 조절 플렉셔를 둘러싸는, 액추에이터 어셈블리.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커플링 링크 및 힘 조절 플렉셔 중 적어도 어느 하나는 상기 가동부의 상기 이동을 용이하게 하기 위해 다른 방향들보다 상기 이동 평면을 따라 한 방향으로 낮은 강성을 가지도록 구성되는, 액추에이터 어셈블리.
제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가동부는 상기 힘 조절 플렉셔 및/또는 상기 커플링 링크와 일체로 형성되는, 액추에이터 어셈블리.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 플렉셔는 신장되고 상기 힘 조절 플렉셔의 길이를 따라 강성이고 상기 힘 조절 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이언트한, 액추에이터 어셈블리.
제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 플렉셔 및/또는 상기 커플링 링크는 수직으로 연장되는 부분을 갖는 판금으로 형성되는, 액추에이터 어셈블리.
제18항에 있어서,
상기 판금의 상기 두께는 40㎛ 내지 80㎛ 범위인, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은 상기 SMA 와이어와 상기 제1 부분의 전도성 회로 사이에 전기 전도성 경로를 제공하도록 구성되는, 액추에이터 어셈블리.
제20항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은 전기 전도성 경로를 디렉팅하기(directing) 위한 전기 브레이크를 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은 레버(lever)를 포함하고, 선택적으로 상기 가동부는 레버로서 작동하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 조절 메커니즘은,
상기 SMA 와이어 및 상기 커플링 링크가 연결되는 롤링 요소; 및
상기 롤링 요소가 상기 SMA 와이어에 의해 가해진 상기 입력 힘에 응답하여 롤링하여 상기 커플링 링크에 상기 출력 힘을 가하는 적어도 하나의 표면을 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 유닛은,
상기 제1 부분과 상기 커플링 링크 사이에 연결되고, 상기 커플링 링크에 추가 힘을 가하여 상기 커플링 링크가 상기 작동력에 수직하는 방향으로 상기 제2 부분에 추가 작동력을 가하도록 구성되는 추가 SMA 와이어를 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 작동 유닛 - 상기 2개의 작동 유닛은 상기 2개의 작동 유닛 각각의 상기 커플링 링크가 상기 2개의 작동 유닛의 다른 하나의 상기 작동력의 상기 방향으로 컴플라이언트하도록 수직 방향으로 상기 제2 부분에 작동력을 가하도록 배치됨 - 을 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 작동 유닛은 제1 유형이고,
상기 액추에이터 어셈블리는,
제2 유형의 하나 이상의 작동 유닛을 더 포함하고,
상기 제2 유형의 각각의 작동 유닛은,
상기 제2 부분에 연결되는 힘 조절 메커니즘;
상기 힘 조절 메커니즘 및 상기 제1 부분 사이에 연결되는 플렉셔; 및
상기 힘 조절 메커니즘에 입력 힘을 가하여 상기 힘 조절 메커니즘이 상기 커플링 링크에 출력 힘을 가하고 상기 커플링 링크가 상기 제1 부분에 작동력을 가하도록 하기 위해 상기 제2 부분 및 상기 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되는 SMA 와이어를 포함하고,
상기 커플링 링크는 상기 작동력의 상기 방향에 수직한 방향으로 컴플라이언트(compliant)되는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
이동 평면(movement plane)에 수직하는 주축(primary axis)을 중심으로 상기 제2 부분에 임의의 알짜 토크를 가하지 않고, 상기 이동 평면에서 임의의 방향으로 상기 제1 부분에 대해 상기 제2 부분을 이동시킬 수 있도록 배치되는 4개의 작동 유닛을 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제27항에 있어서,
상기 작동 유닛들의 제1 쌍은 각각 상기 주축에 대해 일측으로 상기 제2 부분에 토크를 가하도록 구성되고, 상기 작동 유닛들의 제2 쌍은 각각 상기 주축에 대해 타측으로 상기 제2 부분에 토크를 가하도록 구성되는, 액추에이터 어셈블리.
제27항 또는 제28항에 있어서,
상기 4개의 작동 유닛들은 상기 작동 유닛들의 플랙셔들이 상기 주축을 중심으로 상이한 각도 위치들에서 루프 형태로 배치되고, 각 작동 유닛의 상기 커플링 링크의 상기 각도 위치가 적어도 부분적으로 다른 하나의 작동 유닛의 상기 SMA 와이어의 상기 각도 위치와 오버랩되도록 배치되는, 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라 어셈블리에 있어서,
상기 제2 부분은 상기 이동 평면에 수직하는 광학 축(optical axis)을 가지는 렌즈를 포함하고, 상기 액추에이터 어셈블리는 상기 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(optical image stabilisation, OIS)를 제공하는, 카메라 어셈블리.
제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터 어셈블리를 포함하는 카메라 어셈블리에 있어서,
상기 제2 부분은 상기 이동 평면에 수직하는 이미징 축(imaging axis)을 가지는 이미지 센서를 포함하고, 상기 액추에이터 어셈블리는 상기 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(optical image stabilisation, OIS)를 제공하는, 카메라 어셈블리.
액추에이터 어셈블리에 있어서,
서로에 대해 이동 가능한 제1 부분 및 제2 부분;
고정 단부 - 상기 고정 단부는 상기 제1 부분에 커플링됨 - 및 가동 단부 - 상기 가동 단부는 상기 제2 부분에 커플링됨 - 를 포함하는 플렉셔 암;
수축 시 상기 플렉셔 암을 변형시켜 가동 단부의 움직임을 구동하여 상기 제1 부분에 대해 상기 제2 부분을 이동시키도록 배치되는 액추에이터 컴포넌트를 포함하고,
상기 액추에이터 컴포넌트는 상기 플렉셔 암에 상기 액추에이터 컴포넌트에 의해 상기 플렉셔 암에 가해지는 상기 힘의 방향을 따라 압축력을 가하여, 상기 플렉셔 암에 압축력이 가해지지 않는 상황에 비해 상기 플렉셔 암의 유효 스프링 상수(effective spring constant)가 50% 이상 감소되도록 배치되는, 액추에이터 어셈블리.
제32항에 있어서,
상기 압축력의 크기는 상기 플렉셔 암에 압축력이 가해지지 않는 상황에 비해 상기 플렉셔 암의 유효 스프링 상수가 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 90%, 더 바람직하게는 적어도 95%, 가장 바람직하게는 실질적으로 100%만큼 감소되도록 하는, 액추에이터 어셈블리.
제32항 또는 제33항에 있어서,
상기 제1 부분 및 제2 부분은 이동 평면에서 서로에 대해 이동 가능하고, 상기 플렉셔 암은 우선적으로(preferentially) 상기 이동 평면에서 컴플라이언트하고 상기 이동 평면에 직교하는 방향으로의 변형에 저항하는, 액추에이터 어셈블리.
제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플렉셔 암은 상기 액추에이터 컴포넌트의 작동을 증폭시키도록 배치되어, 상기 가동 부분의 변위가 상기 액추에이터 컴포넌트의 작동량보다 크도록 하거나, 상기 플렉셔 암은 상기 액추에이터 구성요소의 상기 입력 힘을 증폭시키도록 배치되어, 상기 가동 부분에 대한 상기 작동력이 상기 입력 힘보다 크도록 하는, 액추에이터 어셈블리.
제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터 컴포넌트는 SMA 와이어를 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제36항에 있어서,
상기 SMA 와이어는 상기 제1 부분과 상기 플렉셔 암의 상기 가동 단부 사이에 연결된 제1 포션(first portion), 및 상기 제2 부분과 상기 플렉셔 암의 상기 가동 단부 사이에 연결된 상기 제2 포션을 포함하는, 액추에이터 어셈블리.
제37항에 있어서,
i) 상기 플렉셔 암과 상기 SMA 와이어의 제1 포션 사이의 각도 및 ii) 상기 플렉셔 암과 상기 SMA 와이어의 제2 포션 사이의 각도는 실질적으로 동일하고 및/또는 약 90도까지 더해지는, SMA 액추에이터 어셈블리.
제36항에 있어서,
상기 플렉셔 암의 상기 가동 단부와 상기 제2 부분 사이의 커플링 링크를 더 포함하고, 상기 커플링 링크는 상기 가동 부분에 작동력을 가하고 상기 작동력에 수직하는 방향으로 컴플라이언트하도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SMA 와이어와 상기 플렉셔 암 사이의 각도는 상기 SMA 와이어가 수축되지 않은 상태에서 예각이고, 바람직하게는 상기 각도는 45도 미만이고, 더 바람직하게는 상기 각도는 20도 내지 35도 범위 내에 있는, SMA 액추에이터 어셈블리.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항의 액추에이터 어셈블리에 대응하는 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 따른 SMA 액추에이터 어셈블리.