[发明专利]SMA致动组件的居中控制

说明书

包括在拉紧状态下连接在支撑结构与可移动元件之间的SMA致动器线的SMA致动组件被控制以通过向SMA致动器线提供驱动信号来驱动可移动元件相对于支撑结构的移动。表示可移动元件的期望位置的目标信号被设置，在预定空间包络内变化。SMA致动器线的电阻测量值被获得，并且基于目标信号和从电阻测量值中获得的反馈信号在闭环控制下控制驱动信号的功率。SMA致动器线的电特性被监测并用于检测何时达到移动的运动极限。响应于此，调整空间包络以将移动限制在检测到的运动极限内。

技术领域

本发明涉及使用至少一根形状记忆合金(SMA)致动器线驱动可移动元件相对于支撑结构的移动来对SMA致动组件进行控制。

背景技术 SMA致动器线可以在拉紧状态下连接在支撑结构与可移动元件之间，以在其收缩时驱动可移动元件相对于支撑结构的移动。SMA致动器线的使用与其他类型的致动器相比具有许多优点，特别是对于微型装置。这些优点包括在紧凑布置中提供强力。

在许多类型的SMA致动组件中，多根SMA致动器线以这样的布置连接，在该布置中SMA致动器线能够以多个自由度驱动可移动元件相对于支撑结构的移动。这种移动可以是平移或旋转移动。这允许驱动复杂的移动，这在许多应用中是有用的。

在一种类型的应用中，SMA致动组件可用于微型相机以实现聚焦、变焦或光学图像稳定(OIS)。举例来说，WO-2011/104518、WO-2012/066285、WO-2014/076463公开了采用八根SMA致动器线的SMA致动组件，其提供具有三个自由度的平移移动以及具有三个自由度的旋转移动。在可移动元件是透镜组件的情况下，这些SMA布置能够改变焦点并提供OIS。在其他示例中，WO-2013/175197和WO-2014/083318公开了采用四根SMA致动器线的SMA致动组件，其提供具有两个自由度的平移移动以及具有两个自由度的旋转移动。在可移动元件是透镜组件的情况下，这些SMA布置能够提供OIS。

提供紧凑设计的在致动器组件中使用的SMA致动器线通常非常细，直径通常为几十微米。与许多材料一样，使用精细的SMA致动器线意味着，如果线承受过高的应变或由于反复循环加载，则存在结构或功能疲劳的风险。在高应变下反复循环加载的组合会因为线断裂或致动器移动范围的显著丧失而导致快速失效。因此，期望的是限制致动器的运动范围，使得装置以良好的可靠性水平运行。

驱动信号的功率可以在闭环控制下基于目标信号和从SMA致动器线的获得的电阻测量值得到的反馈信号而变化。这在一定运动极限内提供了精确的控制。然而，当实际制造这种SMA致动组件时，响应可能会有差异。例如，制造公差导致在名义上相同的不同制造的SMA致动组件之间的差异。另外，例如由于在不同热环境中的操作以及由于其寿命期间的老化，SMA致动器线的响应可能随时间有差异。

这种差异给可靠地和可反复地控制SMA致动器组件带来了困难，尤其是在最小化疲劳风险的时候。例如，如果控制使用参考位置，其中可移动元件围绕该参考位置移动，则参考位置的位置和可用的运动范围可能以未知的方式变化。

发明内容

一种方法是在一次性启动阶段期间例如在制造过程期间确定运动极限。然而，这对于SMA致动器组件寿命周期内的控制是无效的，因为如上所述，SMA致动器线的行为随时间变化，因此运动极限容易漂移。

另一种方法是在SMA致动器组件上电后的初始校准阶段测量可用的运动范围，由此每个SMA元件的驱动信号的功率在开环中变化，并在其运动极限之间驱动线，并记录位置或参数，例如代表该位置极限的线电阻。然而，这需要时间，因此会延迟上电后致动器可以准备好使用的时间。在许多应用——例如用于诸如移动电话的便携式电子装置的相机单元中的致动器组件——中，这种延迟是不可接受的，因为通常相机用户需要立即使用相机单元。

限制运动范围的另一种方法是应用限制性的运动极限，其足够窄以将运动限制在对于针对特定设计制造的SMA致动组件之间的和随时间推移的所有可能变化经历的实际运动极限内。然而，这种方法显著减少了致动器组件可用的运动，因此限制了性能。