照相机镜头驱动设备的制作方法

专利名称：照相机镜头驱动设备的制作方法
照相才几镜头驱动设备
本发明涉及使用SMA (形状记忆合金)材料作为驱动器以驱动小 型照相才几中的照相机镜头元件进行运动的照相机镜头驱动设备，所述 小型照相机可以在例如移动电话或者移动数字数据处理和/或传输设 备的便携式电子设备上使用。
近年来，随着有时被称为PDA (便携式数字助理)和移动电话的 便携式信息终端的爆炸式普及，越来越多的设备集成了采用图像传感 器的紧凑式数字照相机设备。当此类数字照相机设备采用具有相对较 小图像采集区域的图像传感器实现小型化时，其光学系统(包括一个 或者多个镜头)也相应地需要小型化。
为了能够聚焦和变焦，某些类型的驱动装置必须被包含在这种小 型照相机的狭小空间内，以驱动照相机镜头元件沿光学轴运动。由于 照相机镜头元件比较小，因此该驱动装置必须能够在相对小范围的运 动中提供精确的驱动。同时，期望该驱动装置本身是紧凑的以使照相 机装置整体小型化。在实际应用中，这些方面限制了能够被采用的驱 动装置类型。对于其它更多的小型设备中的驱动装置，也具有同样的 限制。
尽管大多数现有的照相机依赖于各种众所周知的电子线圏电机， 但是，人们已经提出了大量的其它驱动装置作为镜头系统的小型驱动 单元。所述其它驱动装置包括基于压电材料、电致伸缩材料或者磁致 伸缩材料的传感器，通常称为电活性设备， 一 个例证是如 WO-02/103451中所公开的包含挠曲结构的螺旋缠绕压电挠曲带的驱 动器，如WO-01/47041所述，其可以用作照相机镜头的驱动器。
提出的另一类驱动装置采用形状记忆合金(SMA)材料作为驱动 器。SMA材料通过热量来驱动照相机镜头元件运动。在活性温度范围 内控制SMA材料的温度可以获得驱动能力，在所述活性温度范围内， SMA材料在马氏体相和奥氏体相之间变化，其应力应变也发生改变。低温状态下，SMA材料处于马氏体相状态，而在高温状态下，SMA 材料转变到奥氏体相状态，引起SMA材料变形而收缩。通过有选择 地使电流通过SMA材料而将其加热并引起相变，可以改变SMA材利-的温度，结果SMA材料产生变形而驱动物体运动。对于小型物体如 小型照相机的镜头元件，采用SMA材料作为驱动器具有内在线性、 每单位质量高能量、低费用以及体型相对较小的优势。
不管使用SMA材料作为驱动器的理论性优势如何，在实际中， SMA材料本质所具有的限制使得SMA驱动器的设计和制造比较困 难，特别是在小型设备中。通常，SMA材料用于做成丝状。
对于照相机镜头元件，还必须考虑悬挂照相机镜头元件并引导其 沿光学轴方向运动的悬挂系统。当沿着照相机轴方向运动或者当照相 机和电话朝向不同的方向时，镜头元件的轴必需最小地偏离照相机的 公称轴。该偏离可能是轴的相对角度倾斜与/或线性平移。该偏离可能 导致图像质量的降低。因此，理想的悬挂系统在期望运动的方向具有 低的刚度或者抵抗力，而在所有其它方向具有高的刚度。
适合的悬挂系统的例证如下所述W02005/003834描述一种悬挂 系统，其最简单地包含了四边连杆悬挂或平行四边形悬挂； WO-03/048831和WO2006/05卯98 二者都描述一种悬挂系统，其包含 两个处于挠曲状态且中点两侧的部分具有相反曲率、因而其形状近似 于正弦曲线的弹性构件；WO-2006/061623描述一种悬挂系统，其包含 至少两个互相垂直排列的宽铰链连杆；共同未决的第0600911.2号英 国申请描述一种悬挂系统，其包含至少 一个主要通过改变方向和伸缩 性来适应运动的弹性构件。
当使用SMA丝作为驱动器时，有利地，SMA丝在照相机镜头元 件和支承结构之间保持拉紧，并且SMA丝的各段分别与光学轴成锐 角。SMA丝的各段产生具有沿光学轴方向分量的张力。由于SMA丝 各段的局部变化受到SMA材料本身物理特性的限制，因此，如果SMA 丝与运动方向平行，照相机镜头元件则将很难获得足够程度的运动， 例如，以提供聚焦和变焦。然而，通过将SMA丝的各段设置为与光 学轴成锐角，对于一段SMA丝的一定变化而言，沿光学轴方向的运动程度将得到增强。这是因为，由于一段SMA丝的变化导致其方向 的变化，而使沿光学轴方向的运动程度大于这段SMA丝沿光学轴方 向分解的实际尺寸的变化，从而使SMA丝的角度朝向有效地提供了 传动。
本发明的第一方面在于使沿光学轴的运动程度最大化。这必须在 驱动器装置受限尺寸的实际约束内获得。通常，通过使用足够长的丝 能够获得任意程度的运动，但是这将增加驱动器装置的尺寸并且与最 小化的设计相违背。
依照本发明的第一方面，提供了一种照相机镜头驱动设备，包含
支承结构；
照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；以及
至少一对SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构 之间保持拉紧，成对的所述SMA丝段在其公共点处连接于所述照相 机镜头元件和所述支承结构中之一，并且，以所述光学轴的径向视角 观察，成对的所述SMA丝段相对于所述光学轴从所述公共点处以相 反符号的锐角延伸，以沿所述光学轴方向的视角观察，成对的所述 SMA丝段以相互之间小于180度的角度延伸。
因此，驱动能力可以通过两个成对的SMA丝段提供，成对的SMA 丝段在其公共点处连接于所述照相机镜头元件和所述支承结构中之 一，并且，以所述光学轴的径向视角观察，成对的所述SMA丝段相 对于所述光学轴乂人所述公共点处以相反符号的锐角延伸。SMA丝的锐 角提供了所述的传动效果，与沿光学轴延伸的SMA丝相比，增加了 运动的程度。
与单根SMA丝相比较，使用两根丝才是供了更大的力。两个SMA 丝段连接于公共点并且以相反符号的锐角延伸的成角度设置为SMA 丝段在垂直于光学轴方向所产生的力提供了一定程度的平衡。当SMA 丝段成锐角布置而且易于侧向移动或者倾斜镜头元件时，离轴力是不 可避免的。尽管这种离轴力可以通过悬挂系统的设计而得到抑制，但是，这种设计又限制了悬挂系统的选择范围而倾向于选择具有高摩擦 力且不紧凑的悬挂系统。因此，成角度设置所提供的平衡是具有优势 的，并且增加了悬挂系统的选择范围，例如可以方便地使用挠曲部。
另外，沿光学轴方向视角观察，SMA丝段互相构成小于180度、 最好为90度的角度。因此，由成对的SMA丝段所形成的V形平面相 对于光学轴形成角度或者是倾斜。这允许在上文所述的限制设备整体 尺寸的实际约束条件内进一步增加移动程度。如果以光学轴视角观察， SMA丝段相互之间没有构成角度，则SMA丝从光学轴向外突出。因 此，由于在实际中需要考虑的垂直于光学轴方向的设备面积的限制， SMA丝的长度及其与光学轴形成的角度相应地受到限制。然而，通过 将SMA丝段布置为以光学轴视角观察时成一定角度，可增加丝的长 度，并可将其与光学轴之间以更大的角度布置。例如，对于优选的90 度角，每个丝段可沿着具有垂直于光学轴的正方形截面的设备的每个 边延伸。这提供了一种紧凑的照相机设备，其具有仅比镜头元件本身 直径略大的正方形截面，但是在其中丝段的长度为照相机设备的最大
的运动程度相应地得到了增加。
当SMA丝作为驱动器时，SMA丝^a有利地在照相机镜头元件和 支承结构之间与光学轴成锐角地保持拉紧。原因如上所述。
然而，SMA丝段与光学轴成锐角的结构也提供了离轴力，也就是 具有垂直于光学轴的分量的力。这种离轴力易于使镜头元件侧向移动 或者倾斜，但可以通过悬挂系统的设计而得到抑制。然而，这种设计 又限制了悬挂系统的选择范围，而倾向于具有高摩擦力且不紧凑的悬 挂系统。
例如一种对离轴力具有高阻作用的悬挂系统是轴承，其中可移动 的轴承元件与杆或者轨道接触并沿着其运动。在这种情况下，离轴的
具有相对较大摩擦力和相对较大尺寸的悬挂系统。对于照相机镜头元 件(尤其是小型照相机中的照相机镜头元件)而言，像这样的轴承没 有优势。相反地， 一种对于照相机镜头元件而言具有优势的悬挂系统包含连接 于照相机镜头元件和支承结构之间多个弹性挠曲部。然而，尽管这种 弹性挠曲部提供足够大小的离轴阻力而引导照相机镜头元件沿光学轴
SMA丝所产生的离轴力是不易达到的。
依照本发明的第二方面，提供一种照相机驱动设备，其包含 支承结构；
照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；以及
多个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间 分别与所述光学轴成锐角地保持拉紧，并施加具有沿所述光学轴方向 的分量的张力，所述SMA丝段绕所述光学轴保持适当的位置和方向， 以使当对所述多个SMA丝段中的每个SMA丝段用相同大小的电流进 行加热时，所述每个SMA丝段在所述照相机镜头元件和所述支承结 构之间产生的力具有沿所述光学轴方向的净分量，而基本没有沿垂直 于所述光学轴方向的净分量，并且基本没有绕垂直于所述光学轴方向 的任何轴线的净扭矩。
因此，所述SMA丝段绕所述光学轴保持适当的位置和方向，以 提供一种平衡结构，使照相机镜头元件几乎没有离轴运动或者倾斜。 这也相应地允许采用具有相对较弱的离轴阻力的镜头悬挂系统，因为 这种悬挂系统仅需提供足以引导照相机镜头元件沿着光学轴运动的离 轴阻力。这增加了可用的镜头悬挂系统的选择范围。
例如，特别有利地，本发明的第二方面采用包含连接于悬挂对象 和支承结构之间的多个弹性挠曲部的镜头悬挂系统，所述挠曲部弯曲 以提供偏压来抵消SMA丝所施加的力。这样的悬挂系统对于悬挂照 相机镜头元件是有利的，因为它是紧凑的并且可以直接制造。而且， 当该挠曲部应用在SMA丝作为驱动器的照相机镜头驱动设备中时， 挠曲部的挠曲提供了悬挂对象对支承结构沿所述光学轴与SMA丝所 施加的张力方向相反的偏压。具有优势的是，当每个SMA丝段通过相等大小的电流加热时， SMA丝在照相机镜头元件和支持结构之间产生的力基本没有绕光学 轴的净扭矩。在这种情况下，SMA丝段不趋向于使照相机镜头元件绕 光学轴旋转。因为这还减少了 SMA丝段对于悬挂系统特性所施加的 约束，因此是有益的。相反地， 一些围绕光学轴的扭矩是允许的，这 是因为悬挂系统可适应一些旋转运动，并且/或者因为如果照相机镜头 元件中的镜头(组)是球面体或者是稍微的非球面体，这种旋转运动 在光学上是可以接受的。
一种有益的结构是多个SMA丝段是等长的且分别与光学轴成相 等角度拉紧，以光学轴的径向视角来看， 一半SMA丝段向上倾斜而 另一半SMA丝段向下倾斜，每一半中的SMA丝段均围绕光学轴旋转 对称排列。
在这种结构中，相等的长度和对称排列使得驱动设备更易于设计 和制造，并且对SMA丝所产生的力进行了适度平衡。因此，同样依 照本发明的第二方面，提供一种照相机镜头驱动装置，其包括
支承结构；
照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；
多个SMA丝段，其具有相同长度并分别与所述光学轴成相等大 小的锐角地保持拉紧，以所述光学轴的轴向视角观察， 一半的SMA 丝段向上倾斜，而另一半的SMA丝段向下倾斜，每一半中的SMA丝 线均以围绕所述光学轴旋转对称的方式装配。
不管SMA材料作为驱动器的已知的优点，在实际中，SMA材料 本性所具有的限制使得SMA驱动器的制造比较困难，特别是在小型 设备中。丝状是SMA材料最方便的可用形状。当利用SMA丝制造驱 动器时，难以将丝按照期望精度的长度和张力其附着到其它零部件上。 特别是在需要多个SMA丝段提供期望的操作特性时，这一点更是问 题。在这种情况下，难以控制丝的长度和互相之间的张力。
另外一个问题是，获得与SMA丝的期望的机械连接和电连接而不损坏SMA材料并且不降低它的结构完整性在实际中是比较困难的。 概括而言，不管SMA材料本身固有特性所提供的这些已知优点 如何，在制造过程中的这些实际困难都是非常重要的并且限制了 SMA 材料作为驱动器在大批量生产设备中的应用。
依据本发明的第三方面，提供 一 种用于驱动照相机镜头元件相对 于支承结构运动的照相机镜头驱动器件的制造方法，所述方法包括
制造包含至少 一根SMA丝的部件，所述至少 一根SMA丝连接于 至少一个装配件，以形成包括所述SMA丝的封闭环；
通过将所述至少一个装配件安装到所述支承结构和所述照相机镜 头元件中的至少之一上，并使所述至少一根SMA丝在所述照相机镜 头元件和所述支承结构之间保持拉紧，以产生沿所述光学轴方向的张 力，而将所述部件装配到驱动结构内，所述驱动结构包含支承结构以 及通过悬挂系统支撑于所述支承结构上的照相机镜头元件，所述悬挂 系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头 元件的光学轴方向运动。
而且，根据本发明的第三方面，提供了一种依据该方法制造的照 相机镜头驱动设备。
本发明的第三方面使得采用SMA丝作为驱动器的照相机镜头驱 动设备的制造更加便利，因为所述部件是由包含在闭合环内的SMA 丝在分开的专门过程中制造的。这使得SMA丝的长度可以直接得到 控制。还允许对于包含SMA丝的部件进行独立制造和测试。而且， 由于SMA丝包含在在部件中的闭合环内，因此在照相机驱动设备中 将SMA丝布置为具有适当的张力是比较容易的，特别是能够在不同 的SMA丝具有的相关之间提供适度的平衡。
本发明第三方面的另外一个优点是，通过首先将SMA丝连接到 与照相机镜头驱动设备的其余部件分离的装配件上，然后将装配件装
配到安装于照相机镜头驱动设备内的支承结构与/或照相机镜头元件 上，而^更于SMA丝的物理连4妄。
实际上，即使部件不具有包含在闭合环中的SMA丝的情况下， 也可获得这些优点。因此本发明的第三方面还提供一种制造照相机镜头驱动设备的方法，以及由此方法制造的驱动设备，其中所述部件没
有形成包括SMA丝在内的闭合环。
制造部件时，通过将SMA丝段拉紧地布置至少一个装配件上并 且将SMA丝段连接到至少一个装配件上，可以控制SMA丝的长度。 例如， 一种可能的技术是将至少一个SMA丝段拉紧地缠绕在至少一 个装配件上。在此缠绕过程中，使用绕线的传统技术可在施加的张力 下精确控制SMA丝的长度。
所述部件可以仅包含单个装配件，构成环的单根SMA丝的每端 都连接到此装配件上。然而，更典型的是，部件包含多个装配件，以 增加将部件装配到支撑系统与/或照相机镜头元件上的装配点数目。在 这种情况下，部件可以包含围绕装配件形成的环状且末端重叠的单根 SMA丝。这种部件l更于制造。
另一方面，作为一种选择，此部件可以包含多个独立的连接于装 配件之间的SMA丝。在这种情况下，闭合环的一部分可以由装配件 而不是丝本身构成。
有利地，可以通过巻曲SMA丝将装配件连接到SMA丝上。采用 巻边的方法是有益的，因为它是一种连接SMA丝的方便而且有效的 方法。巻曲方法还具有便于电连接SMA丝的优势，而这是必须的。 这是因为在装配件上形成的巻边破坏了 SMA丝的自然形成的氧化覆 盖物。
有利地，在将部件转配到照相机镜头驱动设备的步骤中，将所述 SMA丝钩挂到所述支承结构和所述照相机镜头元件中的至少之一的 至少一个固定件上，以使所述至少一个固定件使所述SMA丝保持从 所述固定件的每一边拉紧地延伸。这能够方便地帮助调整从固定件的 每一边延伸的SMA丝的长度和拉力，因为当SMA丝钩挂在固定件上 时，其易于滑动趋向平衡结构。这便于制造长度和张力满足期望的设 计约束的SMA结构。
照相机镜头驱动设备可以包含悬挂系统，所述悬挂系统被配置以 提供所述照相机镜头元件相对于所述支承结构的偏压，所述偏压的方 向沿着所述光学轴、并与至少一个SMA丝,爻所施加的张力方向相反。在这种情况下，悬挂系统不仅能够执行悬挂镜头的功能，而且还具有
作为驱动功能一部分的提供对SAM丝的偏压的功能。这增加了照相
机镜头驱动设备的紧凑性。
在 一 种特别具有优势的形式中，悬挂系统包含在照相机镜头元件 和支撑机构之间连接的多个弹性挠曲部，所述挠曲部弯曲以提供所述 偏压。此类悬挂系统具有固有紧凑的优点，同时也是简单和便宜制造 的。
采用形成包括SMA丝在内的闭合环的部件也提供了依照上述本 发明的第二方面的、使照相机镜头驱动设备便于制造的优势。
采用SMA驱动器的 一个问题是SMA材料的冷却速度限制了其在 相应方向的运动速度。典型地，通过筒单地将SMA材料的热量自然 传导到它的周边环境而产生冷却。对于照相机镜头元件，这具有一个 问题，即，驱动设备在与SMA材料冷却相应的方向上的响应速度受 到限制。这影响了驱动设备的性能。例如，在驱动设备将被必须包含 对SMA材料进行加热和冷却的自动聚焦算法控制的情况下，这减少 了响应时间。克服这种问题是期望的。
一种解决办法是使用一些方法来主动冷却SMA材料。然而，这 实际是很难获得的。
依照本发明的第四方面，提供了一种照相机镜头驱动设备，其包
含--
支承结构；
照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；以及
至少一个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构 之间保持拉紧并施加至少在沿所述光学轴方向具有分量的张力，其中
所述至少一个SMA丝段具有不大于35微米的直径。
本发明的第四方面基于这样的原则使用细丝降低SMA丝冷却 速度。具体地，使用直径最大为35微米的SMA丝为驱动设备提供足 够快的响应时间，以允许执行可接受的自动聚焦算法。本发明的第五方面涉及一种照相机镜头驱动设备，其中通过多个 弹性挠曲部将照相机镜头元件支撑在支承结构上，每个挠曲部围绕光 学轴延伸，以引导照相机镜头元件沿照相机镜头元件的光学轴方向运 动。这种悬挂系统在由照相机镜头元件和支持结构之间拉紧的至少一
个SMA丝段来驱动运动的小型照相机中具有特殊的优势。在这种情
况下，挠曲部具有双重作用，它不仅支撑镜头元件，而且提供镜头元
件对支承结构的沿所述光学轴并与SMA丝产生张力的方向相反的偏 压。挠曲部的使用也为悬挂系统提供了结构紧凑并且能够提供期望机 械特性的优势，所述期望机械特性指无静态阻力的平滑运动，并且在 光学轴方向具有低刚度而在垂直光学轴方向具有高刚度。
对于这种、型照相机，该设备还需要抵抗机械碰撞以免其受到损 伤而使照相机性能相应受到损害。照相机在制造中将按照规范说明进 行跌落试验，而其在使用中可能遭受意外跌落。对于照相机镜头设备， 这种(意外跌落的)机械撞击比照相机被固定的情况下经受的应力要 大得多。对于悬挂系统由挠曲部形成的情况，挠曲部必须适应由外部 撞击引起的照相机镜头元件的位移，而不能使得此位移对挠曲部造成 永久性伤害，例如，超越挠曲部材料的屈服应变。
对于沿光学轴的运动，通常通过直接设计挠曲部就能够适应由于 机械撞击而产生的沿光学轴方向的大幅度运动。这是因为挠曲部#皮设 计为允许在此方向进行大幅度运动。然而，为实现挠曲部沿着光学轴 方向引导运动的主要目标，其被设计为在垂直于光学轴运动时具有高 刚度。这使得该设计中的挠曲部难以在此方向抵抗机械撞击而不受永 久性损伤。本发明的第五方面涉及满足这种需求的测量。
依照本发明的第五方面，提供了一种照相机镜头驱动设备，包含
支承结构；
照相机镜头元件，其由多个弹性的挠曲部支撑于所述支承结构上， 每个所述挠曲部均绕光学轴延伸，并且其一端连接于所述照相机镜头 原件，其另一端连接于所述支承结构，所述挠曲部的挠曲引导所述照 相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头元件的所述光学 轴方向运动；以及至少一个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构
之间保持拉紧并产生具有沿所述光学轴方向的分量的张力，所述挠曲 部的挠曲提供所述照相机镜头元件对所述支承结构的偏压，所述偏压
的方向沿着所述光学轴、并与至少一个SMA丝段所施加的张力方向 相反。
其中，所述支承结构被布置以限制所述照相机镜头元件沿所述光 学轴径向的运动，并且以所述光学轴方向的^L角观察，所述挠曲部沿 其长度方向挠曲，形成至少三个交替挠曲的区间。
支承结构限制照相机镜头元件沿光学轴径向的运动。这种使用小 间隙或阻挡的物理约束通常被应用于其它机械系统中以限制零件的位 移达到损害系统的程度。然而，在小型照相机的情况下，挠曲部的特 性是需要以非常小的间隙来定位零件，例如50微米或者更小的数量 级。然而，这实际上意味着对制造和装配间隙的挑战，事实上可能导 致零件的高成本和低产出。
通过挠曲部的设计可以减小这种困难，具体地，通过将挠曲部弯 曲为以光学轴的视角观察时沿长度方向形成至少三个具有交替弯曲的 区域。这种设计允许挠曲部适应沿光学轴径向的增加位移而没有永久 性损伤。这是因为挠曲能够适应 一定程度的机械变形所产生的位移同 时限制挠曲部的最大变形。
本发明的第六方面涉及采用SMA驱动器驱动照相机镜头元件运 动的照相机镜头驱动设备的紧凑性。
依照本发明的第六方面，提供了一种照相机镜头驱动系统，包含
支承结构；
装配在所述支承结构上的图像传感器；
照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑在所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴运动，所述照相机镜头元件聚光到所述图像传感器上；
SMA驱动器，其连接于所述支承结构和所述照相机镜头元件之 间，以驱动所述照相^l镜头元件相对于所述支承结构进行所述运动； 以及驱动电路，其连接于所述SMA驱动器，并能够产生用于驱动所 述SMA驱动器的驱动信号，所述驱动电路通过所述支承结构安装于 所述图像传感器的后部。
当使用SMA驱动器时，必须提供驱动电路，其能够产生驱动信 号以驱动SMA驱动器。这种驱动电路的尺寸相对于设备的剩余部分 的尺寸并不是无关紧要的。因此驱动电路增加了装置的整体尺寸。然 而，通过将驱动电路定位于图像传感器的后部，沿着光学轴的视角来 看，照相机设备的面积可达到最小。在许多应用中已经得到确认这是 具有优势的，因为在设备内部封装不同器件的情况下，设备的面积比 设备沿光学轴的深度更重要。因此这种设计有效地改进了设备封装的 能力。
本发明的第七方面涉及对使用SMA驱动器的照相机镜头驱动设 备的控制，所述SMA驱动器驱动照相机镜头元件沿光学轴方向运动 以改变图像传感器的焦距。具体地，本发明的第七方面是关于提供自 动控制能力的自动聚焦算法。
对于采用非SMA的其它技术例如电子马达和压电驱动器技术的 照相机镜头驱动设备而言，提供自动聚焦的技术是在所周知的。概括 而言，确定所需的聚焦度从而控制驱动器。
用于确定所需聚焦度的 一 种技术是利用物理测距仪产生的信息， 例如采用飞行时间计算距离的超声波测距仪，或者以反射光的平方根 来得出距离的红外测距仪。然而，概括而言，基于测试仪信息的自动 聚焦具有有限的精度。
确定所需聚焦度的一个替代方法是利用图像传感器输出的图像信 号来确定成像的聚焦品质测定，并且基于已确定的聚焦品质测定按照 一定算法如最大化测定来控制照相机镜头驱动设备。
本发明的第七方面涉及自动聚焦技术，该技术基于图像传感器输 出的图像信号确定聚焦质量，并基于确定的聚焦质量通过对SMA材 料施加电流来加热而对聚焦进行控制，以驱动照相才几《竟头元件沿着光 学轴运动。
在使用SMA材料驱动照相机镜头元件运动方面，提供精确并可重复的控制是 一 个值得考虑的问题。这是由于外加电流和照相机镜头 元件的实际位置之间的滞后现象所引起的。虽然SMA材料长度的变 化依赖于温度，但在执行控制中还存在问题。第一个问题是很难精确
确定温度，所述温度不仅依赖于通过SMA材料的外加电流而且依赖 于SMA材料依赖周围环境以不同速度发生的冷却。因此，温度不能 通过已知的外加电流来精确确定。第二个问题是即使假定能够知道温 度的精确值，在不同长度的SMA材料和温度之间也存在滞后现象。 具体地，加热时从马氏体相改变到奥氏体相的温度范围比冷却时使 SMA材料从奥氏体相变化到马氏体相的活性温度范围更高。作为这种 滞后作用的结果，SMA材料经过一个循环的冷却和加热后，很难了解 电流状态，因此也很难了解SMA材料本身的长度。
尽管这种SMA材料的控制问题是通常是众所周知的，但是，当 SMA材料用于驱动照相机镜头元件运动时，这个问题尤其尖锐，尤其 例如其中的照相机镜头元件的镜头最大直径尺寸为10毫米的小型照 相机。在这种情况下，位置控制的精度必须非常高，因为照相机镜头 元件的全部移动范围是比较小的，而且必须以高准确率控制镜头元件 以提供合适的焦距。
本发明的第七方面涉及在假定这些问题的条件下对驱动照相机镜 头元件的SMA驱动设备的精确自动聚焦控制。
依照本发明的第七方面，提供了 一种控制照相机镜头驱动装置的 方法，所述照相机镜头驱动装置包括SMA驱动器，所述SMA驱动器 加热后驱动照相机镜头元件沿着光学轴方向运动，以改变所述照相机
镜头元件在图像传感器上的聚焦，在所述方法中，所述的加热通过使 电流经过所述SMA驱动器来完成，所述方法包含
初始阶段，将所述SMA驱动器从马氏体相加热到达到其活性温 度范围，在所述活性温度范围内，所述SMA驱动器从马氏体相转变 为奥氏体相；
扫描阶段，将所述SMA驱动器加热至超过所述活性温度范围， 对所述图像传感器输出的图像信号的聚焦质量进行监控，并且存储当 所述聚焦质量达到可接受的程度时所述SMA驱动器的阻抗测量；回扫阶段，将所述sma驱动器冷却为变为马氏体相； 聚焦阶段，加热所述sma驱动器，其中，在所述聚焦阶段，获 得对所述sma驱动器的阻抗测量，通过所述sma驱动器的电流随着 反馈控制技术的变化而变化，所述反馈控制技术将所述sma驱动器 的阻抗测量作为反馈信号，以使获得的阻抗的测量值趋近于存储的阻 抗测量。
依据本发明的第七方面，还为驱动设备提供了一种执行相同自动 聚焦循环的控制系统。
本发明的第七个方面提供了 一种自动聚焦技术，其允许通过减少 上述问题来自动控制照相机镜头元件的焦距。原因如下所述。
首先，本发明的第七方面利用sma材料的阻抗测量作为对sma 材料长度的测量，并因此作为对照相机镜头元件位置的测量。具体地， 在聚焦阶段，反馈控制技术使用sma材料的测量阻抗作为反馈信号， 以使阻抗值趋近于已确定达到可接受聚焦品质的存储值。
通过提供附加的电子原件作为用于提供加热sma材料的电流的 控制电路的补充，阻抗的使用具有直接执行的优势。
然而，需要被理解的是，由于在阻抗测量和实际位置之间存在滞 后现象，因此sma材料的阻抗本身并不能提供位置的精确测量。通 过使用回扫技术，这个滞后的问题已经得到解决。具体地，聚焦品质 达到可接受水平时的sma材料的期望阻抗值在扫描阶段初期就确定
下来，而仅在sma材料被冷却至返回到马氏体相的回扫阶^a之后，
sma材料才返回到这个存储值。因此，在扫描和聚焦阶段，sma材 料都从马氏体相被加热。结果，在扫描和聚焦阶段，sma材料的阻抗
以相同的重复方式随着sma材;阡的长度的变化而变化。因此，回扫 技术使得照相机镜头元件可返回到扫描阶段定义的提供可接受聚焦品 质的相同位置。
聚焦阶段的反馈控制技术的应用提供了这样的益处，即，考虑到 sma材料的冷却而进行控制，而这种冷却通常是变化的。
本发明的所有方面均具有对小型照相机镜头元件的特殊应用。所 述小型照相机镜头元件包含一个或者多个直径不超过10毫米的镜头。本发明的不同方面及其特性可以按照任意方式组合使用以获得特定的 优势。
为了更好的理解，将参照附图非限制性地对本发明的实施方式进
行描述，其中


图1示出了包含SMA驱动器的第一照相机的截面示意图2示出了第一照相^/L的详细透^L图3示出了第一照相机的分解透视图4示出了第一照相机的部件在;^弛状态下的透视图5示出了制造过程中拉紧的部件的透视图6示出了第一照相机的控制电路图7示出了第 一照相机中改进的悬挂件的平面图8示出了第一照相机的详细截面图9和图IO示出了第一照相机的两个改进形式的透一见图11示出了改进形式的第一照相机中的部件的透视图12示出了控制电子器件的示意图13示出了控制电路的示意图14和图15示出了控制电路的两种可能的实现的电路图； 图16示出了可在控制电路中实现的自动聚焦控制算法的流程图； 图17示出了第二照相机的透视图； 图18示出了第三照相机的透视图19示出了图18中所示出的第三照相机透视图，但略去了支承 以显示元件的内部；
图20示出了第四照相机的透视图，其带有断面示出的支承结构的 环形壁以及SMA丝的第 一替换结构；
图21示出了图20所示出的第四照相机的透^见图，其带有断面示 出的支承结构的环形壁以及SMA丝的第二替换结构；
图22示出了第五照相机的侧视图，支承结构以截面图示出；并且
图23示出了略去支承结构的、图22示出的第五照相机的透视图。
图1示意性地示出了第一照相机1。照相机1包含带有基座部分3的支承结构2，基座部分3上安装了图像传感器4，图像传感器4可为 CCD (电荷耦合器件)或CMOS (互补型金属氧化物半导体)设备。 支承结构2还包含从装配有图像传感器4的基座3的前侧突出的环形 壁5。支承结构2可以用塑料制造。
照相机1还包含容纳镜头系统7的镜头元件6,镜头系统7包含 一个或者多个镜头8。以示例的方式，图1中示出的镜头系统7包含 两个镜头8，但通常可根据需要具有一个或者多个镜头8,以提供期望 的光学性能和低的造价。照相机1是带有镜头系统7的镜头8的小型 照相机，典型地，镜头8的直径不超过10毫米。尽管照相机1的设计 可以适应较大的照相才几，但其更适合这种小型照相机。
镜头元件6按照垂直于图像传感器4的、镜头系统7的光学轴O 装配。通过这种方式中，镜头系统7聚光到图像传感器4上。
镜头元件6通过悬挂系统9悬挂在支承系统2上，悬挂系统9包 含连接在支承结构2的环形壁5和镜头元件6之间的两个悬挂件10。 悬挂系统9引导镜头元件6沿光学轴O运动。镜头元件6的这种运动 将改变图像传感器4上的成像的焦距。
现将参考略去了支承结构2的基座3的详细透视2对照相机 1的详细结构进^"描述。照相^L1具有对称结构，因此，从与图2相 反的视角进行观察，照相机1仍具有相同的外形结构。
镜头元件6为两部分结构，包含镜头托架20和通过镜头托架20 内部形成的内螺紋22装配在镜头托架20内部的镜头支架21。镜头支 架21的直径通常为6.5毫米。固定在镜头支架20下边缘的是金属环 14，下文将对其进一步描述。镜头托架20连接于悬挂系统9，以悬挂 镜头元件6。镜头支架21上安装镜头系统7的一个或多个镜头8。镜 头托架2 0和镜头支架21都可以用模压塑料制造。
这种两部分结构的镜头元件6在制造过程中提供了有利条件。通 过首先将不带镜头支架21的镜头托架20安装到位，然后在所有与镜 头托架20的各连接完成后安装镜头支架21,而装配照相机l。通过螺 紋22，可沿光学轴O调整镜头系统7相对于托架6 (因此也相对于图 像传感器4)的位置。在装配中实施这种调整，以便适应由于制造公差而出现的、镜头系统7中的镜头8的焦距以及相对位置的任何变化。 此后，镜头系统7保持固定在相对镜头托架20的相同的位置上。
现在，对用于镜头元件6的悬挂系统9进行详细描述。悬挂系统 9包含两个悬挂件10，每个悬挂件由各自的单张材料板(如剪切成型 的钢或者玻铜)构成。 一种可能性是很难巻曲的能够提供高屈服应力 的302度奥氏体钢。悬挂件10被安装在托架20的相对的两端上。尽 管在图2中仅有一个悬挂件IO是清楚可见的，但是，两个悬挂件10 都具有相同的结构，如下所述。
每个悬挂件10包含连接到镜头托架20上的内环11。具体的，内 环11连接到镜头托架的不同端面上，以使其绕镜头支架21的外围延 伸。
每个悬挂件10还包含连接到支承结构2上的外环12。具体的， 外环12连接到支承结构2的环形壁5的端面上并绕其延伸。
最后，每个悬挂件10包含四个挠曲部13，每个挠曲部13在内环 11和外环12之间延伸。因此，挠曲部13的相对两端分别连接到镜头 元件6和支承结构2上。如果从沿着光学轴O的视角来看，挠曲部13 相对于光学轴的径向方向倾斜。因此，挠曲部13绕光学轴延伸。挠曲 部13在不同径向位置上围绕镜头托架20布置，并且关于光学轴O旋 转对称。而且，挠曲部13沿光学轴O的方向的厚度(即，用来制造 悬挂件IO的材料板的厚度)小于其垂直于光学轴方向的宽度。从沿着 光学轴O的视角来看，挠曲部13在其长度方向也是挠曲的，这一点 的更多细节将在下文进行讨论。
两个悬挂件10通过连接在镜头元件6和支承结构2之间的挠曲部 13将镜头元件6悬挂在支承结构2上。由于这些设置，挠曲部13通 过挠曲来适应镜头元件6沿光学轴O方向的运动。当镜头元件6沿光 学轴O方向运动时，内环11相对外环12沿光学轴O方向运动，随之 发生的是挠曲部13的挠曲。
由于挠曲部13在平行于光学轴0的方向上具有小于其宽度的厚 度，因此，挠曲部13更容易在其厚度方向上挠曲，而不是在宽度方向 上挠曲。因此，挠曲部13使悬挂系统9对镜头元件6相对于支承结构2沿光学轴方向的运动具有较小刚性，而对镜头元件6相对于支承结
构2沿光学轴O的垂直方向的运动具有更大的刚性。
更进一步，两个悬挂件10沿光学轴O方向空间分离，因此，对
元件6的倾斜的抵抗力。
对于镜头元件6的离轴运动和倾斜的这种抵抗力是可期望的，这 是因为，这种离轴运动和倾斜可降低镜头系统7在将图像聚焦于传感 器4上时的光学性能。
现在，参考图3对将支承结构2、镜头托架20 (包括金属环14)、 悬挂件10以及两个加强件15制造为一个部件的过程进行描述。上述 组件如图3所示地安装为管组。在支承结构2和镜头托架20上形成的 定位销16定位于在悬挂件10内部形成的定位孔17中。当将完整管组 压至夹具中后，在管组顶部和底部的每个定位销16的端部都涂-抹粘合 剂。优选的粘合剂是可用紫外光固化的氰基丙烯酸酯。通过表面张力 作用，粘合剂浸入到定位销16的四周，并且将各层粘合到支承结构2 和镜头托架20上。 一旦粘合剂已经固化，就可以将该部件从夹具上去 除。作为粘合剂的替代，也可通过对定位销16进行热铆接以形成机械 地保持部件的塑料头，从而形成接合。
每个加强件15均包含两个环18,其分别适应并加强悬挂件的内 环11和外环12。这两个环18通过在该部件安装完毕后被去除的注料 口 19连接在一起。注料口 19的^^用在用夹具加工加强件15的环18 时有助于装配，并且减少器件数目，因此也减少了零件费用。 一旦注 料口 19被去除，镜头托架20则可通过外部负载相对于支承结构2向 上运动。
另外，照相^1^ 1包含将独立进行说明的部件30，其在图4中处于 松弛状态。部件30包含以闭合环形式安装且其末端36和37重叠的 SMA丝31。
部件30还包含两个装配件32和33，每个装配件均由细长的金属 片(如黄铜片)形成。装配件32和33通过巻边与SMA丝31连接。 具体的，装配件32和33的末端均巻在SMA丝31上，从而分别形成巻边34和35。
第一装配件32巻在SMA丝31的重叠末端36和37上，将末端 36和37共同保持。第二装配件33巻在SMA丝31的中点上。因此， SMA丝31和两个装配件32和33 —起形成了一个闭合环，这在制造 时能提供方便条件。
在制造过程中，部件30与照相机1的其它部分分离制造。具体地， 通过将装配件32和33保持在如图5所示的适当位置，然后将SMA 丝31.缠绕在装配件32和33上，来完成部件30的制造。在缠绕过程 中，SMA丝31被拉紧，即没有任何松弛。尽管同样可以采取更大的 张力，但是，通常采用小的张力以使SMA丝31不过于拉紧。
SMA丝31的绕线保持拉紧后，两个装配件32和33则挠曲到SMA 丝31上，以形成巻边34和35。巻边的应用对SMA丝31提供了强力 而且方便的才几械连接。另外，巻边34和35穿透了 SMA丝的氧化性 涂料，并因此提供了从装配件32和33到SMA丝31的电连接。
在通过巻边34和35将装配件32和33连接到SMA丝31后，则 可将SMA丝释放以使其不再被拉紧。部件30然后则可以下文进一步 描述的结构安装在照相机1内。
在部件30的制造过程中，可釆用7>知的缠绕4支术将SMA丝31 绕装配件32和33缠绕。这种缠绕技术可能额外导致SMA丝31绕缠 绕装置的前部组成零件缠绕。在与照相机1的其它部分分离的专有过 程中制造部件30使两个装配件32和33的相对的两端上的SMA丝31 的每一半的张力和长度都能得到精确控制。相同地，照相机1的整体
装配的复杂性可以降到最小。同样，在单独的专有过程中制造部件30 也丫更于通过巻边34和35形成从装配件32和33到SMA丝31的连接。
部件30如下所述地安置在照相才几1的内部。两个装配件32和33 的均装配到支承结构2的环形壁5的外侧。装配件32和33被固定在 适当位置上，从而SMA丝31连接到支承结构2上。如图2所示出的， 装配件32和33被装配进环形壁5的凹座40中，例如利用粘合剂、环 形壁5的型锻或者一些其它方法。
此外，两个装配件32和33之间的SMA丝31的每一半分别钩挂在固定件41上，固定件41是固定在镜头元件6上并向外凸出的金属 环14的组成部分。因此，两个固定件41通过金属环14电连接在一起 (尽管这不是必需的)。对于固定件41而言，金属是合适的材料，因 为它经得起SMA丝31中产生的热量。与SMA丝31接触的固定件41 的表面可为挠曲的，以减少SMA丝的最大曲率。
在照相机1中，装配件32和33位于绕光学轴O的径向相对点上。 相似的，两个固定件41位于装配件32和33中间的、绕光学轴O的 径向相对点位置上。而且，沿光学轴O方向，固定件41被安置在比 装配件32和33上保持SMA丝的巻边34和35更接近图像传感器4 的位置。因此，SMA丝31被夹持为四个SMA丝分段42，每个SMA 丝分段42都是SMA丝的一部分，并分别在(a)装配件32和33之一 和(b)两个固定件41之一之间延伸，分,殳42相对光学轴O成锐角。 每对相邻的SMA丝的分段42都连接于镜头元件6或者支承结构2的 公共点，即，连接于固定件41或装配件32和33之一。SMA丝的分 段42在照相机1中被拉紧，以使其产生具有沿光学轴方向的分量的拉 力，具体的，在镜头元件6偏离图像传感器4方向上产生拉力。
另外，每个SMA丝分段42均产生具有垂直光学轴O方向的分量 的拉力。而且，SMA丝分^殳42以对称平ff的结构4i紧，其中SMA丝 分段42均具有相同的长度，相对光学轴O以相等的锐角倾斜，并且 沿光学轴O的径向交替地向上和向下倾斜。换句话说， 一对相对的 SMA丝分段42都向上倾斜并且关于光学轴O旋转对称，同样，其它 两个相对的SMA丝分I殳42都围绕光学轴O旋转对称地向下倾斜。
因此，假定当每个SMA丝分段42被等值电流加热时产生相同的 拉力，那么，由SMA丝分段42所产生的净力被平衡。因此，净力并 不提供沿垂直光学轴O的任何方向的分力。相同地，净力基本没有提 供绕垂直光学轴O的任何轴的扭矩，并且也没有提供绕光学轴O本身 的扭矩。当然，可能有一些由于制造公差而产生的净力或者扭矩，那 么在这样的环境下，本文所说的没有净力是指净力比沿光学轴方向的 净力至少小一个数量级。
这意味着SMA丝分段42的布置基本上没有产生照相机镜头元件6的离轴运动或者倾斜。这也就意味着，悬挂系统9不需要经受任何
此类离轴运动或者倾斜。这减少了对于悬挂系统9的约束，因此，悬 挂系统9仅需要设计为通过对沿光学轴O方向的运动提供比对沿垂直 方向运动的更低的刚度来引导镜头元件6沿光学轴O运动。
在制造时，由于照相机l的布置结构，可以直接将部件30装配进 照相机1中以提供SMA丝分段42的平衡拉力。具体地，通过对装配 件32和33的处理，4吏得部件30容易控制。相似地，通过将SMA丝 钩接在固定件41上，容易获得SMA丝分段42的适当长度和拉力， 因为固定件41上的滑动能够帮助在每个固定件41的相对的两端上获 得SMA丝分段42的相等拉力。因此，SMA丝和镜头元件6之间的连 接被简化为简单的不需要好的电学性能的机械连接。此类结构布置去 除了对于照相机1的一些装配^^差约束。如果用巻边将SMA丝的终 端固定在镜头元件6上，那么，由于原始装配改变，SMA丝分,爻42 的长度和拉力也将改变。
装配完成并处于平衡状态后，可以用少量的粘合剂将SMA丝固 定在其位置上，以保证其在操作或者跌落试验中保持在固定件41上。 这可以在缠绕SMA丝的循环结束后再进行，以帮助去除装配公差。
制造过程的最大挑战是将SMA丝装配并加入到照相机1中。有 三个主要问题，即(1) SMA丝长度的控制，(2)实现到SMA丝的机 械连接和电连接，(3)在照相机1中控制装配几何构形。这些问题已 经导致对包括SMA丝的部件30的研究。部件30可以独立于照相才几1 的其它部分进行制造和质量测试。将SMA丝与分离地安装于支承结 构的装配件32和33机械连接且电连接使得制造的复杂性最小化。
当SMA丝处于高温状态，并从而完全收缩时，其为刚性的，并 因此实际上处于其自然长度，挠曲部13的拉力产生可忽略的丝应变。 因此，在这种情况下镜头元件的位置很大程度上独立于挠曲部的参数， 而高度依赖于SMA丝分段42的长度。该长度是直接测量并因此进行 控制的关键控制参数。
当处于低温状态时，SMA丝^皮挠曲部13拉直，并且SMA丝的应 力应变曲线非常平坦，意味着可以丝可具有大的应变，而不会影响产生的应力。因此，在低温状态，镜头的位置很大程度上独立于丝的长 度，而高度依赖于挠曲部的刚度。挠曲部13的刚度可以在装配阶段测量。
因此，在移动范围内的驱动器性能可以分解为丝长度和挠曲部刚 度这两个制造控制参数。按照设计的优选装配过程，这两个参数的每 个都可以被分别测试，并因此得到控制。这有利于制造产出和过程控 制，这两方面都影响产品的造价。
下面将介绍照相机1驱动镜头系统6沿光学轴O相对于支承结构 2运动的操作。
SMA材料具有刚度随温度变化的特性，这是由于固态相变而引起 的。在此范围的低温态时，SMA材料进入具有相对较低刚度的马氏体 相。在高温态时，SMA材料进入具有比马氏体相状态的刚度高的奥氏 体相。因此，如果对负载产生反作用力，那么，对SMA丝分段42的 加热(或者冷却)能够引起其长度的减小(或者增加)。
在照相机1中，SMA丝分段42被拉紧，在镜头元件6和支承结 构2之间提供沿光学轴O的净拉力，该净力驱动镜头元件6向离开图 像传感器4的方向运动。此净力反作用于支撑系统9所产生的沿光学 轴相反方向的偏压力。挠曲部13的挠曲依赖于SMA丝所产生的拉力。 以光学轴O的径向视角，制造的挠曲部13是直线的。尽管可能产生 一些轻微挠曲，但挠曲部13—般仍然能够保持直线。
因为悬挂系统9的刚性保持不变，因此，在加热或者冷却时，SMA 丝分段42的刚性随温度的变化引起镜头元件6沿光学轴O运动而达 到一个新的平衡状态位置，在此位置，在悬挂系统9和SMA丝分段 42所产生的偏向拉力之间达到平衡。因此，对SMA丝分段42的加热 (或者冷却)驱动镜头元件6远离(或者朝向)图像传感器4运动。
因此，照相机1的一个重要方面是包含挠曲部13作为被动偏置元 件的悬挂系统9的应用。具体地，挠曲部13的挠曲沿SMA丝分段42 施加的拉力的反向提供照相机镜头元件6的偏压。换句话说，悬挂系 统9提供两个功能引导照相机镜头元件6的运动以及作为SMA丝 分^殳42的#皮动偏压元件。镜头元件6相对于支承结构2沿光学轴O的位移程度依赖于SMA 丝分段42内形成的应力，同时还依赖于SMA丝分段42相对于光学 轴O的锐角。可能在SMA丝内产生的拉力受限于相变的物理现象。 通过SMA丝分段42与光学轴O成锐角的布置，当SMA丝分l殳42 的长度改变时，其方向也随之改变，即，与光学轴O之间的锐角角度 增加。这有效地驱动运动，因此镜头系统6沿光学轴O的位移量比SMA 丝分段沿光学轴分解长度的改变要大。通过增加SMA丝分段42和光 学轴O之间的锐角角度，可以增加驱动的程度。在图l示出的照相机 l中，锐角大概为70度，但是通常来说，可以依赖于镜头元件6运动 的期望范围来选择此锐角。
段42的长度二者来决定。最大化这些参数是理想的。然而，这增加了 照相机的整体尺寸，因此必须与最小化照相机1尺寸的实际需要之间 进行平4軒。这种平4軒可以通过照相才几1中的SMA丝分,爻42的特定布 置来实现，具体的，通过将SMA丝分段42布置为沿光学轴0的视角 观察互相成90度角度来实现。因此，两个SMA丝分段形成的平面可 以#1认为相对光学轴O成角度或者倾斜。沿着光学轴O^L角看，每个 SMA丝分段42沿围绕照相机1的正方形的一边延伸，而没有向外突 出并因此增加照相机1垂直于光学轴O的尺寸。从光学轴O的径向来 看，这允许每个SMA丝分段42的长度和锐角在照相机1的各面的范 围内增加到最大尺寸。因此，在相对紧凑的照相机1内实现镜头元件 6的相对大的位移。
镜头元件6相对于支承结构2沿着光学轴2方向上的位置可通过 对SMA丝分段42的温度控制来控制。在操作中，SMA丝分段42的 加热是通过对其通过电流产生电阻热量来获得的。冷却是通过停止电 流并允许SMA丝分段把热量传导到周围环境来获得的。电流通过图6 所示的控制电路板5 0控制。
控制电路50连接到每个装配件32和33上，装配件32和33通过 巻边34和35提供到SMA丝31的电连接。控制电路50在两个装配 件32和33之间l是供电流。因此，电流通过平行连接装配件32和33的SMA丝31的每一半。
在下文进一步描述控制电路50用于下文描述的其它照相机时控 制电路50的特性以及控制效果
第一照相机1具有结构紧凑的特别优势。这是由于组成悬挂系统 9的悬挂件10的紧凑性以及SMA丝分段42的紧凑性产生的。这意味 着照相机1可以被非常有效的封装。相反地，照相机1可以被设计为 具有包含镜头系统7镜头元件6，在镜头系统7中， 一个或者多个镜 头8具有与照相机1的占用面积相比相对较大的直径。例如，在第一 照相机1的占用面积为边长为8.5毫米的正方形的情况下，其可以采 用最大直径6.0毫米的镜头8。典型地，第一照相机1的设计允许镜头 支架21的外直径至少占照相机1的占用宽度的70%到80%。
选择SMA丝片断31的材料组成以及预处理方式，以使得常规操 作中在高于所期望的环境温度时能够发生相变。典型地，温度范围是 大于70度。进一步选择SMA丝片断31的材料组成以及预处理方式， 以使得马氏体相和奥氏体相之间的变化能够在尽可能大的温度范围内 发生。这就最大化了位置控制的程度。
应该注意的是，SMA丝分段42被安置以^吏镜头元件6偏向远离 图像传感器4。这是具有优势的，因为在不对SMA丝分段42加热时， 镜头元件6在其活动范围内处于相对图像传感器4的最近点处。将照 相机1设计为使得此位置对应于远场焦点或者超焦距焦点，这是照相 机l的最普通的设置，特别是在提供自动聚焦功能的情况下。以这种 方式，SMA丝分段42能在可能的最长时间内保持不被加热，从而减 少能量消耗。此外，如果控制电路50由于任何原因而停止供电，照相 机1则仍可在固定焦距的模式下操作，从而提供可能的最宽的焦距位 置。
下面介绍悬挂件10和SMA丝分段42的具体设计中的某些考虑。 镜头元件6的高速驱动在许多应用中(例如如果要提供自动聚焦 功能)是渴望实现的。驱动响应速度受到SMA丝分段43冷却的限制。 尽管通过使用高能电流容易使SMA快速加热丝分段42，但是，，SMA 丝分段42的冷却是被动发生的，即，简单地通过将热量散发到周围环境的空气中。这种冷却不能够通过简单的方法加速。尽管能够在理论 上提供主动冷却装置，但在现实中很难实施。
然而，可以通过减小SMA丝分段42的厚度加快冷却速度。SMA 丝分段42的厚度限于一定程度，使热量能够足够快速地转移到周围环 境的空气中以提供对于特定用途的照相机1来说足够快的响应速度。 考虑到照相机和丝的尺寸，冷却时间相对于丝的直径近似线性变化。 由于此原因，SMA丝分段42的理想厚度是35微米，以提供照相机的 自动聚焦应用可4妄受的响应。例如，在以上"i殳备中，如果SMA丝分 段42具有25微米的直径，那么，从近焦到远焦(即被动冷却周期) 的移动时间大概为200毫秒。
悬挂系统9设计为具有合适的宽度、厚度和长度的、合适数目的 挠曲部13，以提供沿光学轴O以及其垂直方向上的期望刚度。挠曲部 具有25微米到100微米范围的典型厚度。挠曲部13的数目可以通过 改变悬挂件10内的挠曲部的数目和/或通过提供额外的悬挂件10而改 变。通常，每个悬挂件10都具有四的倍数个四面旋转对称的挠曲部 13，因为这允许用沿光学轴O的视角来看具有正方形结构的、支承结 构2的环形壁5方便地封装。
另外，SMA丝分,炎42还提供沿光学轴O方向以及垂直光学轴O 方向的刚度。尽管SMA丝分段42的厚度受上文所述的冷却目的的限 制，并且SMA丝分段42垂直于光学轴O的刚度一般远远小于挠曲部 的刚度，但是，且SMA丝分段42仍可以被认为是悬挂系统9的一部 分并在设计照相机1时考虑其刚度。
考虑镜头元件6相对支承结构2沿光学轴O的运动，SMA丝分 段42理想的总刚度与悬挂系统9的挠曲部的总刚度应该是相同数量级 的。理想地，悬挂系统9的挠曲部13的总刚度值在从(a)在SMA 材料奥氏体相过程中的SMA丝分段42的总刚度到(b )在SMA材料 马氏体相过程中的SMA丝分段42的总刚度的范围内。为了获得镜头 的最大位移，悬挂系统9的挠曲部13的总刚度值等于(a)在SMA 材料奥氏体相过程中的SMA丝分段42的总刚度和(b)在SMA材料 马氏体相过程中的SMA丝分段42的总刚度的几何平均值。期望的是，当照相机l在光学轴O平行于和反平行于地球重力场的方
向间变化时，由挠曲部13和SMA丝分段42的刚度之和所决定的悬 挂系统9的总刚度足以使得镜头元件6相对于支承结构2在重力作用 下的运动达到最小。这就使得，当在正常使用时照相机1指向不同的 方向时，镜头元件6的运动最小化。对于典型的镜头系统，镜头元件 6相对支承结构2的运动理想地限制于最大50微米。对于典型的小型 摄像头，这意味着由挠曲部13和SMA丝分段42组合提供的悬挂系 统的总刚度应该为至少100N/m,最好为至少120N/m。
而且，挠曲部13被设计为具有合适的宽度，以提供阻碍镜头元件 6相对支承结构2在垂直光学轴0的方向上运动的期望刚度。对SMA 丝分段42的刚度也加以考虑，但由于挠曲部13的宽度较大，因此SM A 丝分段42通常只能提供相比挠曲部13而言较小的作用。理想的刚度
依赖于镜头元件7的特性，具体地，依赖于镜头元件7能够适应离轴 运动和倾斜的程度。
其它的设计考虑是保证由挠曲部13和SMA丝分段42产生的最 大应力不会使得各自的材料出现过应力。
例如， 一种设计案例如下所示。每个悬挂件10包括三个挠曲部 13(而不是图2所示出的四个挠曲部13),每个挠曲部10具有长度4.85 毫米，宽度0.2毫米，厚度50微米。SMA丝31直径25.4微米，允许
冷却到完全马氏体。SMA丝分段42相对光学轴以60度倾斜，即每个 SMA丝分段42具有5毫米的水平长度(垂直于光学轴O)和3毫米 的垂直厚度(平行于光学轴O)。当SMA材料处于奥氏体相时，悬挂 件10偏斜0.5毫米。在这种状态下，六个挠曲部13在光学轴O的方 向上提供与SMA丝分段42相平衡的138 mN大小的净力(将镜头元 件6拉向图像传感器4)。在此偏斜时，挠曲部13具有最大应力1 GPa。 在这种状态时，SMA材料具有132MPa大小的张力，接近于与长疲劳 寿命相关(几百万次循环)的最高允许应力。当SMA材料处于马氏 体相时，SMA分段42被拉伸大约3%，而挠曲部13被偏斜仅仅0.2毫米，意p未着镜头元件6移动0.3毫米。现在挠曲部13的应力为380 MPa，而SMA材津+的应力为47 MPa。
现将描述图2中示出的挠曲部13的挠曲形状。挠曲部13的挠曲 形状的目的是为了允许照相机1抵抗机械冲击、而不会受到损伤从而 使照相机性能随之受到损害。具体地，必须使得悬挂系统9适应由冲 击引起的镜头元件6的位移，而不对挠曲部13造成永久性损害(例如， 通过超过挠曲部13的材料屈服应变)。在机械冲击引起镜头元件6沿 光学轴O运动的情况下，因为悬挂系统9具有低刚度并且被设计以适 应大范围的位移，因此，此运动是直线的。然而，在机械冲击引起镜 头元件6沿光学轴O的径向运动的情况下，悬挂系统9被设计为具有 相对高的刚度以抵抗离轴位移和倾斜。这使得挠曲部13更有可能被此 方向的位移损害。尽管减小挠曲部13的长度会增加轴向刚度，但是， 为了获得较高的平面刚度，挠曲部13在最小曲率的情况下应该尽可能 短，从而获得平衡。然而，通过使挠曲部13的曲率最小化从而使其为 直线的或绕光学轴O略微挠曲，挠曲部13易于在与内环11和外环12 连接的应力集中的区域挠曲、拉伸和塑性变形。由于系统应力的不平 衡，在这些连接处存在应力集中的区域。
为了限制在此方向上的位移，照相机1在镜头元件6和支承结构 2的环形壁5之间具有小的裕度。这样，支承结构2的壁5担当阻挡 的作用，以限制光学轴O径向的最大位移。然而，小的裕度(例如50 微米或者更小的量级)对制造和装配提出了挑战性的公差，事实上可 能达到导致高费用零件和低制造产出的程度。
挠曲部13具有挠曲形状以对付这些问题。具体地，如果沿光学轴 方向观察，挠曲部13沿其长度方向是挠曲的。挠曲部13具有交替挠 曲的三个部分。通过将这种挠曲引入挠曲部13,为结构增加了一定程 度的应变消除能力。挠曲部13塑性变形的趋势被减小，并且其转而具 有弹性挠曲的趋势。通过引入相对于中央部分具有相反曲率的外围部 分，应力不平銜"波减少，并且与内环11和外环12的连4妻处产生的应 力^C减小。因此，挠曲部13在平面方向内变得更加适应，而没有产生 材料失效。这是在对于轴向和径向刚度没有不可接受的妥协的情况下获得的。
为了最大化这种效果，挠曲部13的三个挠曲部分优选地具有不等 的长度和曲率，特别是中间部分应该比外面部分具有更长的长度和更 小的曲率。具有优势的做法是，中间部分的长度至少是外面部分的长
度的两倍，例如，三部分长度的比例A:B:C是1: 2.5: 1。具有优势 的做法是，中间部分的曲率至多是外面部分的曲率的一半，例如，每 个部分的长度对曲率的比例基本相等，以使每个部分所对的角度a , P和Y基本相等。然而，挠曲的这种几何形状并不是必须的，并且采 用其它几何形状(如其它的长度和曲率或者更多个交替的挠曲部分) 也可以获得相同的好处。
图2所示出的悬挂系统的设计中，每个挠曲部13在光学轴0的 径向的宽度比在光学轴O方向的厚度更大。然而，图7示出了悬挂件 IO的代替设计，其中每个挠曲部13 一皮改进为由一组平行的挠曲部43 组成。这样通过减小每个平行的挠曲部43的宽度，允许悬挂系统9 更适于光学轴的径向。通过减小从结构的中轴到材料末端的距离，减 少了平行挠曲部43的应力。
减少单根挠曲部13的宽度将不期望地减少平面刚度，但是，通过 引入多根互相平行的挠曲部43(例如，与宽度的减少成比例地)，整 体的平面刚度仍可得到保证。
图8详细示出了整个照相机1,除了为了清楚起见而略去了镜头 支架21。在此结构中(镜头支架21装配完成后)，照相机1是完整的， 并且能够通过所有的客户可靠性和强度测试。下面将对除图2示出的 结构之外的、照相机1的其它附件进行描述。
照相机1具有夹紧并粘接到支承结构2的壁5上的屏幕外壳44。 壁5也粘接到支承结构2的底座3上。沿光学轴O的方向上，在镜头 元件6和屏蔽外壳44之间以及4竟头元件6和底座3之间存在间隙，该 间隙允许镜头元件6沿光学轴O充分运动，以提供图像传感器4上的 图像聚焦，而同时防止可能损害悬挂系统9或者SMA丝分段42的一 定程度的运动。
事实上，底座3比图1示意性示出的具有更复杂的结构。具体地，底座3具有中央孔45，图像传感器4装配于中央孔45的后方。为了 装配图像传感器4，底座3具有在孔45后部形成并超出孔45面积的 壁架46。在壁架46上装配有图像电路板47，在图像电路板47上，具 有面向孔45并与之对齐的图像传感器4以接收沿光学轴O方向的光 线。
可选择地，孔45可以具有装配于其中的红外滤波器。此滤波器不 仅保证多余的光线不会降低图像质量，而且也担当了密封的功能以防 止灰尘落到图像传感器4上而降低图像质量。因此，底座3可以在密 将图像传感器4密封在封罩内，这种操作应该在高度清洁的环境内进 行。
底座3还包含突出壁48，壁48位于壁架46的外部并且向后突出。 驱动电路板49被装配在突出壁48上，并且驱动电路50在此驱动电路 板上形成。因此，驱动电路50位于图像传感器4的后方。这使得沿光 学轴O所观察时的照相机1区域最小。在许多应用中，这是具有优势 的，因为就将各种器件封装进仪器内部来说，照相机l的面积比其沿 光学轴0方向的深度更重要。例如，这种结构允许照相机1被装配到 电子设备内部为特定目的设计的插座之上，所述插座通常装配到电子 设备的母板上。
作为 一种可供选4奪的方法，可以采用下部装配驱动电路50的双面 的图像电路板47。此结构具有价格和装配优势，并且确实具有连接优势。
另外一种使得电子设备尺寸最小的可供选择的方法是将控制电路 50集成到图像传感器4的同 一个芯片上来。由于自动聚焦算法需要的 计算与那些已经在图像传感器上为其它任务执行的算法类似，因此这 是便利的。这明显依赖于所使用的具体的图像传感器4。可选择地， 相同的处理功能可以由照相机1外部由于其它目的而提供的电子设备 中的其它处理器来执行。
图2所示出的结构中，在部件30内的所有SMA丝分)爻42由单 一的SMA丝31构成，其中存在的一个问题是两个半环长度的任何差 别将导致两个半环的樣吏分电阻。当它们被施加相同的电压时，将导致差温加热。这可以导致镜头的不平衡应力，并且因此超过镜头元件6 的最佳倾斜。
图9和IO示出了解决此问题的两种改进形式第一照相才几1。
在图9示出的第一改进形式中，单个部件30由两个如图11示出 的独立部件25替代。每个部件25包含一段SMA丝26，其每端均通 过巻边28附接于装配件27。部件25可独立于照相才几1的其它部分制 造，这提供了与部件30如上所述的的相同优势。采用这种几何形状， 部件25可以不用绕丝而成型。通过用巻边设备设定巻边28的之间的 距离，并因此设定SMA丝26的长度，可将两个装配件27装配到长 条形构件中。SMA丝穿过两个装配件27设置，且使两个巻边28成型。 巻边28可以用标准W形巻边工具使其成型。
两个部件25如下描述地装配在照相机1内，以提供与图2示出的 SMA丝分段42基本相同的结构。具体地，通过将装配件27装配到支 承结构2的环形壁5的外侧，将两个部件25装配在照相机1的相对两 侧上。而且，两个装配件27之间的每个SMA丝26均钩挂在各自的 固定件41上。因此，SMA丝26的每一半均形成与图2示出的配置 基本相同的SMA丝分段42。因此，第一改进形式的照相机1的操作 方式与以上所述相同。然而，通过由两个不同的部件25形成SMA丝 分4史42，上文讨论的差温加热的问题得以避免。
现在需要选择两个SMA丝分段42的电驱动是串联还是并联的。 如果两个SMA丝分段42被串联地电驱动，那么，这就保证了每个SMA 丝分段42通过相同的加热电流，并因此经历相同的相变。
除了仅提供一个部件25之外，如图10示出的第二改进形式与图 9示出的第一改进形式是相同的。因此，照相机1 ^又具有一对SMA丝 分4殳42。这种结构从性能方面来说不是最优的，因为两根SMA丝所 产生的应力仅与在固定件41处产生沿光学轴O径向的净应力部分平 衡，从而使得镜头元件6具有倾斜的趋势。然而，与具有合适挠曲部 13的悬挂系统结合，镜头元件6的倾斜将足够小以适合许多镜头以及 图-像传感器。相反，包括单个部件25的这种设计的优势在于减少了费 用和部件复杂性。所有已描述的选择的优势在于，SMA丝不是终止于作为照相机1 运动部分的镜头元件6上。而是仅仅固定在照相机1上固定的、非运 动的支承结构2上。这简化了镜头元件6的几何形状和属性，并且改 进了工艺性并减小了照相机的尺寸。
是可能的。 一些非限制性的可以以任意组合实施的示例如下所述。
第一个选择是改变围绕镜头元件6的SMA丝分段42的数目和/ 或结构。在这种情况下，SMA丝分段仍然可期望地提供如上所诉的应 力平衡效果。
第二个选择是改变部件30中装配件32和33的数目。可仅包含连 接到SMA丝31的两端36和37以形成环的第一装配件32。然而，在 装配件31和32促进装配件30的操作和安装并有利于与SMA丝31 电连接时，这是较不期望的。相反地，可以提供额外的装配件。装配 件32和33可连接到镜头元件6或者支承结构2上。可将额外的装配 件装配到镜头系统6上，而不是将SMA丝环绕在固定件41上。
第三个选择是将SMA丝连接到装配件32的不同位置，而不是将 其在装配件上重叠(例如，以将SMA丝31的末端36和37在第一装 配件32上重叠的方式)。在这种情况下，在部件30中通过SMA丝和 装配件本身形成了闭合环。
第四个选择是采用不同于巻边的技术将SMA丝连接到装配件32 和35。 一种可能性是焊接。
第五个选择是取消装配件32和33,而改为将SMA丝31的末端 36和37焊接到一起以形成SMA丝的闭合环。在这种情况下，可通过 简单地将SMA丝的净环钩挂到镜头元件6和支承结构2上的固定件 上，来实现与照相机1其余部分的连接，以使SMA丝没有任何机械 固定地被拉紧。下文描述的第三照相机是此类型结构的实施例。
悬挂系统9也可以被改变。其它不同形式的采用挠曲部的悬挂系 统都是可能的。仅作为例证性的， 一种可能性是使用挠曲超出垂直于 光学轴的平面的挠曲部。在这种情况下，被动偏置弹簧式挠曲部在片 状材料平面内是直的，且在制造过程中可能经过直线和扁平的阶段，但是在之后的制造阶段被弹性或者是塑性成形，以在照相机中具有不
再扁平的自然几何形状。这种挠曲部的一个实施例如GB-2,398,854中 所述。增加的曲率或者形状在挠曲部中提供用于抵抗冲击过程中塑性 变形所需的松弛。
现将描述一 些另外的照相机。所述另外的照相机采用与第 一照相 机相同的许多组件。为了简洁的目的，相同组件使用相同的标号且不 对其进行重复描述。
图17示出了第二照相机60。第二照相机60具有与第一照相^几基 本相同的结构，包括通过包含一对悬挂件10的悬挂系统9悬挂在支承 结构2上的镜头元件6。
第二照相机60包含四个SMA丝分段42,其以与第一照相机中的 相似结构布置。然而，SMA丝分段42采用与第一照相机不同的方式 安装在镜头元件6和支承结构2上，并且特别是其没有提供在如上所 述的部件30上。
具体地，镜头元件6具有在绕光学轴0的相对两个位置向外突出 的两个支座71。相似地，支承结构2具有布置在绕光学轴、处于镜头 元件6的两个支座71之间的两个相对的位置的两个支座72,所述两 个支座从支承结构2的环形壁5的外围向外突出。每个支座71和72 上的径向最远端均形成有角部74。
每个SMA丝分,殳42均安装在一个支架71和一个支架71之间， 延伸穿过支承结构2的环形壁5中的孔76。每个SMA丝分段42利用 各自的巻边75连接到支架71和72的角部74上。
每个SMA丝分段42都是SMA丝的闭合环78的一部分，闭合环 78例如通过将SMA丝31的末端连接在一起而形成，优选地，通过焊 接。该焊接可为能够使材料损伤最小化的YAG激光焊接。SMA丝环 78的长度在其制造过程中确定，并且因此在第二照相机的装配阶段不 需要对其进行控制。这就减少了制造的复杂性。将SMA丝形成为闭 合环减少了需要使用巻边75进行固定的需要，也相应地减少了 SMA 丝的材料受到损坏的危险。
作为一种选#^,由于巻边75可将每个SMA丝分段42的每一端固定，因此各个SMA丝分^爻42可为分离的。
与SMA丝分段42的电连接可以通过任意的巻边75实现，但优 选地，通过支承结构2的支座72上的巻边75实现。SMA丝分段42 以如上参照第一照相机1所述的相同方式进行安装和操作。
图18和19示出了第三照相机80。第三照相机80具有和照相才几1 相同的结构，镜头元件6通过包含一对悬挂件10的悬挂系统9悬挂在 支承结构2上。在这种情况下，如图18示出的，支承结构2的环形壁 5形成为围绕镜头元件的四个平面壁81。图19中略去了支承结构2 以显示内部元件。
第三照相机80还包含与第一照相机配置相同的SMA丝分段42。 然而，在第三照相机80中，SMA丝分段42是SMA丝闭合环88的一 部分，所述闭合环可以通过将SMA丝的末端相连而成，优选地，通 过焊接相连。如第二照相机60，可以采用YAG激光焊接，其使材料 受破坏程度最小化，通常保持未焊接材料的80%的SMA属性。环88 中的SMA丝的长度在环的生产过程中决定，因此就不需要在组装第 三照相机的时候对它进行控制，这减少了生产复杂性。
为连接SMA丝分段42,镜头元件6具有围绕光学轴0、在相对 的两个位置向外突出的两个装配件86，并且支承结构2具有围绕光学 轴O位于两个相对位置并从支承结构2的环形壁5内侧向内突出的两 个装配件82。图19中阴影部分的、装配件82的表面连接到撑结构2 的环形壁5上。镜头元件6的装配件86比支承结构2的装配件82更 靠近图像传感器4。镜头元件6的每个装配件86都包含平行于光学轴 0向图像传感器4的方向突出的柱头84,并且支承结构2的每个装配 件82都包含平行于光学轴0背向传感器4的方向突出的柱头85，因 此柱头84和85/人装配件86和82处向外突出。
SMA丝的闭合环88环绕装配件81和82，即，经过装配件81的 下方并经过装配件82的上方。柱头84与85分别将丝80固定在装配 件81和装配件82上，以使每个SMA丝分段通过在装配件81之一和 装配件82之一之间延伸的丝环88的一部分而形成。
由于丝构成的闭合环88环绕装配件81和装配件82,因此，无需在SMA丝和装配件81和82之间使用任何其它的连接形式(例如通 过有可能破坏丝的SMA材料而导致裂开和材料失效的巻边)，而只需 在装配件81和82之间保持拉紧，就可以将SMA丝分段42与镜头元 件6和支承结构2相连。
柱头84和85是由电导材料制成，通常为金属。通过柱头84或 85的任意之一都可以电连接到SMA丝分,殳42上，但优选地，通过支 承结构2上的柱头85电连接。由于丝是环绕配件81和82的闭合环 88，因此，理论上来讲，可在丝80与柱头84或85之间构成充分的电 接触，而没有必要对丝80进行焊接。但在实际中，SMA丝分段42中 的张力相对较小，并因此不利于突破SMA丝分段42表面上形成的氧 化层。为改善电接触，可以考虑将SMA丝分,史42焊^接于柱头84和 85，虽然这需要使用很强的焊接剂以穿透氧化层。这种焊接有可能产 生减少SMA丝分段42的完整性的不希望影响，虽然这种影响可以通 过消除焊点周围的热影响区域的应力来减小，例如，利用将丝铸封的 技术。
SMA丝分段42的装配和操作与上述参照第一照相机1所述的方 法相同。
图20和21示出了第四照相才几卯。第四照相才几90具有与第 一照 相机1相同的结构，镜头元件6通过由两个悬挂件IO组成的悬挂系统 9悬挂在支承结构2上。然而，在第四照相机90中，用于驱动镜头元 件6运动的SMA材料的形式与第一照相机1中的SMA丝分段42不 同。具体地，将第一照相机中的SMA丝分段42替换为绕镜头元件6 多圈的SMA丝95。
SMA丝95具有两个可替换的结构。在图20所示的第 一可选结构 中，SMA丝95围绕镜头元件6线圈状缠绕。在图21所示的第二可选 结构中，SMA丝95围绕镜头元件6缠绕一整圈后再向相反方向缠绕 一整圈。因此，第二可选结构中的SMA丝95具有围绕镜头元件以相 反方向延伸的两半。因为SMA丝95每一半的感应互相4氐消，所以这 改进了第四照相机90的电^兹适应性。
镜头元件6的外表面上具有两个装配件91，分别布置在绕光学轴O的两个相对位置，同样，支承结构2的环形壁5的内表面上具有两 个装配件92，分别布置在镜头元件6的两个装配件91的中间、绕光 学轴O的两个相对位置。所以，装配件91和92绕光学轴交替布置。 SMA丝95的每一圈都与每个装配件91和92相接合。这使得连接于 一个装配件91与一个装配件92之间的、SMA丝95的每个部分93具 构成挠曲部，通过挠曲适应镜头元件6沿光学轴O的移动。
相对于装配件92来说，装配件91位于沿光学轴朝向图像传感器 4的方向上，使得SMA丝95的部分93受力后使镜头元件6沿光学轴 O朝背离图像传感器的方向偏离。悬挂系统9的挠曲部13使镜头元件 6向相反方向偏离。这样，在沿光学轴O移动中，第四照相才几90的丝 93所起的作用与第 一照相机1中的SMA丝分段42 —样，虽然SMA 丝95的部分93用作挠曲部而不为拉紧的。在操作中，以与第一照相 机1中使用的方式相同的方式，通过将驱动镜头元件6电流通过SMA 丝95来控制丝的温度。
第五照相机如图22和23所示。在第五照相机100中，镜头元件 6通过悬挂系统9悬挂在支承结构2上。悬挂系统9包含两个悬挂件 IO和IIO。 一个是钝化的(passive)悬挂件10，其与第一照相机l中 的悬挂件10 —样。另一个是SMA悬挂件110，其与第一照相机1的 悬挂件IO的构造一致，但不是由钝化材料、而是由SMA材料构成的。 SMA悬挂件110与悬挂件IO除了材质不同之外，其它结构形式都相 同，这就意味着为SMA悬挂件110的挠曲部113可设计为具有不同尺 寸，以获得适当的刚度。钝化悬挂件IO和SMA悬挂件110连接到镜 头支架6的相对的两端，引导镜头支架6沿光学轴O移动，其方式与 第一照相机1的悬挂件10 —致。
在第五照相机100中，钝化的悬挂件IO在光学轴O的相对位置 上分别装配了内环11和外环12，以使挠曲部13通过挠曲而施加压力， 从而使镜头支架6沿光学轴O向图像传感器方向移动。SMA悬挂件 110也类似地装配，以4吏挠曲部13通过挠曲而施加压力，从而使镜头 元件6沿光学轴0移动，不过其移动方向是远离图像传感器。用这种 方式，由钝化悬挂件10挠曲部13和SMA悬挂件110的挠曲部113的相对刚度确定镜头元件6沿光学轴O的位置，并且该位置可通过使
电流通过SMA悬挂件110的挠曲部113而实现的温度控制而控制。因 此，使用悬挂件110代替SMA丝分段42的第五个照相才几100的控制 和效果基本上与第 一 照相机一致。
下面描述控制电路50的机理和控制效果。图12为控制电路50 的示意图。其可用于上文所述的任意一个照相机，或者实际上可用于 任何SMA控制装置。相应地，下文将简要描述SMA驱动器51的控 制器，SMA驱动器51可为第一到第三照相机中的SMA丝分段42、 第四照相机的SMA丝环或者第五照相机中SMA悬挂系统9的挠曲部 113。这样，在图12中，控制电路50连接于SMA驱动器51,并对其 输入电流以控制SMA驱动器51的温度，SMA驱动器51使镜头元件 6移动并改变图像传感器4上的聚焦。
控制电^各50通过控制流过SMA驱动器51的电流、施加电流亏1 起加热并且停止(或减少)电流以允许冷却，来控制SMA驱动器51 的加热程度。
这种控制可基于对由传感器输出的、对镜头元件6的位置进行的测量。
这种测量可为直接检测镜头元件6位置的位置传感器(例如光传 感器或者感应传感器)的单一输出。
可选地，这种测量也可为由温度传感器得到的信号指示的、SMA 驱动器51的温度。
可选地，这种测量可为由电阻传感器得到的信号指示的、SMA驱 动器51的电阻。电阻的变化是因为拉力对SMA驱动器51的长度和 面积的改变足以克服SMA驱动器51的马氏体和奥氏体相中的电阻系 数的相反变化。因此，电阻可有效地表征SMA驱动器51的长度变化。
光学的或者感应的位置传感器成本低，且通常对输出信号的处理 过程不复杂。但是，其需要额外的空间，而且在使用光传感器时需要 避免光泄漏到图像传感器4上。然而，电阻传感器不需要增加照相机 的封装尺寸，因为其仅通过控制电路50中的附件组件来实现。
光传感器可以通过在镜头元件6 (或支承结构2 )上安装光发射器和接收器来实现，这样来自光发射器的光通过镜头元件6(或支承结 构2)上的目标反射到接收器上。接收器测量接收到的光的强度。比 如，接收器可以是光电晶体管，在其中，光产生电流，通过选择适当 的外部组件，可以使电压呈线性变化。
对目标和目标的移动方式有很多种选择，各种选择都会使入射到 光电晶体管上的光产生不同的变化，比如，将目标前后移动、将目标 在传感器上方滑动、滑动一个灰度目标、滑动楔形的黑/白变换目标， 将黑白交叉变换目标、改变反光镜的角度等等。
可以使用位于镜头元件6或支承结构2上沿着光学轴O布置的三
个感应器来实现感应传感器，这三个感应器的轴都垂直于光学轴o, 且中间的感应器相对于外边的感应器偏离。中间的感应器被驱动，外
部的感觉器接收到相同的通量。在镜头元件6或者支承结构2中的另 一个上的金属物体移动穿过感应器，破坏其对称性，从而导致外部感 应器接收的通量不平衡。通过以相反极性将外部感应器串联，对这种 不平衡进行检测，且将共模相同信号删去。这就移除感应技术中的大 的直流输出。然后对输出像调幅无线电信号一样进行放大和修正。
相反，电阻传感器只需要电子元件连接到SMA驱动器51，虽然 它也需要相对复杂的处理以解释信号输出。
使用电阻的原理如下。SMA驱动器51的电阻随温度和变形而变 化。在发生变形的活性温度区域之外，电阻随温度而增加，就像通常 的导体那样。在活性温度区域内，当温度增加时，SMA驱动器51的 长度收缩，且长度的变化导致电阻减小(如SMA材料按泊松率增长)。 这样，电阻提供了对SMA驱动器51的长度测量。
可用于控制电路50的许多技术都4吏用电阻测量，举例如下。
第一种技术是使用线性驱动，其中，控制电路50使用具有期望的 加热程度的、被线性控制的电流源。比如，该电流源可为简单的线性 B类放大器。在这种情况下，对SMA驱动器51的电流和电压进行测 量并将其用于计算电阻。然而，由于需要测量电压、电流和电阻，因 此便增加了控制电路50的复杂度，并且所需的除法运算也会增加反馈 的等待时间，并可能成为不精确源。通过使用恒流或者恒压电源，可减弱这种问题，但不能将其消除。
第二种技术是使用叠加弱信号的线性驱动。控制电路50使用被线 性控制的电源输出线性的驱动信号，以提供期望的加热。
另外，控制电路50将弱信号叠加在线性输出信号上。这个弱信号 足够弱，使得它与线性驱动信号相比，基本对丝的加热的不起贡献， 如至少小一个数量级。然后，将这个弱信号独立于线性驱动信号单独
提取，并用来计算电阻。可以通过将弱信号的频率设置为相对于线性 驱动信号的高频来实现这个技术，这样这个弱信号可以通过过滤的方 式提取出来
为了能够测量电阻，该弱信号应该可为恒流信号。这时，对从SMA 驱动器51提取出来的弱信号的电压进一亍测量，以测量电阻。
这第二种技术提供了独立于线性驱动信号的、对电阻的精确测量， 但它的弊端在于需要复杂的电路来添加和抽取这个弱信号。
第三种技术就是使用PWM (脉冲宽度调制)。使用这种方法时， 控制电路50使用PWM电流，并通过改变占空度，以改变施加的电流 量，从而进行加热。使用PWM的益处在于，可使用高分辨率对提供 的功率量精确控制。这个方法提供了高的信噪比，甚至是在低的动力 下。PWM的可以用已知PWM技术来实现。通常，控制电路50会持 续提供电流脉沖(如在5%到95%范围内变化的脉冲)。当占空度为该 范围内的低值时，显示在SMA驱动器51中的平均功率则低，所以即 使提供了一定的电流，丝也会变凉。相反地，当占空度处于这个范围 内的^1高值时，SMA驱动器51则加热。
〃使用这第三种冲支术，对电阻在电流^^冲期间进^f亍测量，比如在月永 冲开始后的、短的预定延迟后测得。 一种选择是使用恒压电源测量， 在这种情况下，对流过SMA驱动器51的电流进行测量，并将其用做 对电阻的测量。这种方法的困难之处在于测量电流需要相对复杂的电 路，比如将电阻与SMA驱动器51和放大器串联，以放大通过电阻的 电压，用于供数字电路进行测量。第二种选择是使用恒流电源。在这 种情况下，测量通过SMA驱动器51的电压，以对电阻进行测量。
图13示出了控制电路50使用具有恒流电源的第三种技术的例子。控制电路50包括恒流电源53,其连接于SMA驱动器51并为其 供电。例如，在第一照相机l中，恒流电源可为120 mA。
此外，控制电路50还包括了检测电路54,用于检测通过SMA驱 动器51的电压。用适当的微处理器实现的控制器5 2用于控制电源5 3, 以提供脉冲宽度调制电流。控制器52接收检测电路54测量的检测电 压，然后响应于该电压进4亍PWM控制。
图14和15示出了图13示出的控制电路50的两个详细电路实施 方式。
图14所示的第一个电路的设计方案造价比较低，但是性能有限。 特别是电源53是使用双极晶体管120的筒单排列来实现的。电压一全测 电^各54是用一对二级管121和一个电阻122简单桥4妄而成。
图15所示的第二个电路设计方案精度更高，但造价也更贵。特别 是电源52是使用由运算放大器124控制的金属氧化物半导体场效应 (MOSFET)晶体管123来实现的。检测电路125是用两个电阻125 桥接而成，其输出由运算放大器126放大。运算放大器126允许控制 器52的A/D转换器使用其全部的动态范围。
控制器52可以执行很多控制算法来改变电源53输出的脉冲宽度 调制电流的占空度。 一种方式是比例控制，其中，占空度的变化与测 量电阻和目标电阻之差成比例。当SMA驱动器51加热至活性温度区 域时，将感应到电阻的降低，然后将其用于反馈控制技术。加热期间， 反馈控制的稳定性由SMA驱动器51自身的比例-积分功能保证。整体 反^t响应由SMA驱动器51的整个加热的的响应而控制。
SMA驱动器51的响应中有可能具有某些非线性。通过在控制电 路中加入预补偿，可对这些非线性进行限制。 一种选择是在补偿中包 括在电源53的输出信号上加上增益或偏移修正，例如基于需求或需求 信号的历史而进行。如果SMA驱动器51上的反馈信号不足，使用这 种方案则是有效的。
应该:〖人识到，在SMA驱动器51加热过程中，电阻随SMA驱动 器51的长度变化而变化，其变化在不同的采样和连续的加热周期中都 保持一致。然而，在冷却时，电阻的变化在采样和采样之间不再重复，并且与加热过程相比具有可变的滞后效应。这一点并不防止在冷却时 使用电阻确定位置的测量方法，但是确实降低了控制精度。按照预定 且重复的运动路线，可以通过控制电路50来解决这一问题，比如使用 下面将介绍的回扫技术。
控制电路50可使用自动聚焦算法。在这种情况下，控制可基于对 从传感器4得到的图像信号的图像焦距的测量(例如，调制传递函数
或者空间频率响应)而进行。已经有很多合适方法，这些方法都可以采用。
在这种情况下，具有这样的局限性，那就是焦距测量较慢。为解 决这个问题，在扫描经过许多聚焦位置时，在由焦距测量确定的期望
的聚焦位置，控制电路50可利用上文所述的传感器确定镜头元件6 的位置。然后在扫描的最后，将镜头元件6驱动回到对位置进行测量 的原位置，而不是位于测得的焦点处。
在这种情况下，由于将来自图像传感器4的图像信号用于获得初 始的反馈参数，因此，在单一的自动聚焦周期的过程中没有明显变化 的条件下，在重复周期和时间上作为第二参数的、位置测量上的任何 偏移都是无关的。利用元件13的电阻作为位置测量时，可满足这一条 件。例如，在给定的器械中，电阻变动范围可为高温时的IO欧姆到低 温时的12欧姆，然后，在几百个周期的过程中，该范围可变为高温时 的15欧姆和低温时的20欧姆。然而，对于任何给定的周期，最佳聚 焦对应于足够高精度的特定的电阻率。这样就只需要调到这个特定的 电阻率，而不用考虑其绝对值。
图15示出了可由控制电路50中使用的控制算法实现的自动聚焦 周期，下面将对此进行描述。自动聚焦周期使用了回扫技术。
自动聚焦周期开始时，SMA驱动器51处于马氏体相。在这个初 始阶段中，控制电路50可能并未输入电流，或输入具有最小占空度的 脉冲宽度调制电流。
在初始阶段Sl，控制电路50将SMA材料从马氏体相加热到达到 活性温度区域，此时SMA材料的应力开始增加。通过由控制电路50 提供具有最大占空度的脉冲宽度调制电流，实现加热。控制器52对由说明书第41/42页
检测器54检测的通过SMA驱动器51的电压进行监控，作为对SMA 驱动器51的电阻测量。在活性温度区域外，电阻随温度升高而增大， 但在活性温度区域内，电阻随SMA驱动器51的缩短而减少。因此， 峰值电阻指出了活性温度区域的开始之处。响应于穿过SMA驱动器 51的电压下降，控制器52结束初始阶段Sl并开始扫描阶段S2。
在扫描阶段S2，在整个活性温度区域扫描SMA驱动器51。这是 通过使用一系列的通过测量用于计算电阻的SMA驱动器51的电压值 来实现的。每个值依次用于作为由控制器52执行的反馈控制技术的目 标值。使用测得的通过SMA驱动器51的电压值做为反馈信号，从而 反馈控制技术使该电压趋近测试值，来控制电源53输出的脉冲宽度调 制电流的占空度。 一旦测量电压值达到测试值，变会得到对图像传感 器4输出的图像信号的聚焦质量的测量值，并将其存储在控制器52 的内存里。对于每个测试值，均重复此过程。测试值连续增加，以使 SMA驱动器51的温度值单调递增。用这种方式，随着SMA驱动器 51在扫描过程中温度不断增加，对图像的聚焦质量进行监控。
测试值可在整个活性温度区域内线性分布，但并不一定如此。测 试值也可不平均地分布，如集中在某一特定范围之内。
将存储的聚焦质量数据用于得到控制信号的聚焦值，在该聚焦值 时，聚焦质量处于可接受的水平。最简单的做法是选择多个测试值中 具有最好的聚焦质量的测试值。也可以用曲线拟合法预测测试值中将 提供最好聚焦的电阻值。这样，聚焦值并不需要是测试值之一。曲线 拟合可能是简单的数学方程，比如M阶多项式，其中M大于1，或者 选择为与根据代表性情况预测量的曲线库中的曲线最佳拟合。
聚焦值可以在扫描阶段S2的最后测得，或者也可以在扫描阶段 S2的过程中测得。聚焦值被存储于控制器52中，用于在之后使用。
接下来，在回扫阶段S3， SMA材料冷却至马氏体相。这可以通 过施加具有最少占空度的脉沖宽度调制电流或者不施加电流的方法来 实现。通过对检测电路54所测得电压进行监控的控制器52,可对转 化到马氏体相进行检测，该转化指示反馈阶段的结束。可选地，回扫 阶段也可以简单地维持预定的时间，该时间选4奪为足够使SMA驱动器51在任何希望的操作条件下冷却。
接下来，在聚焦阶段S4，将SMA驱动器51加热至与扫描阶段结 束时测量的聚焦值相对应的位置。这可以通过控制电路52使用反馈控 制技术将所存储的聚焦值用作目标值来实现，以将用做反馈信号的、 测得的通过SMA驱动器51的电压趋近所存储的聚焦值。如扫描阶段 S2—样，温度再次单调增大。如上所讨论一样，由于使用了回扫技术， SMA驱动器51滞后的问题得到了解决，以使镜头元件6位于对应于 存储的聚焦值的位置。
作为用以获取清晰图像的另一种技术，控制电路50还可使用 WO-2005/093510中介绍的技术。
控制电路50的另外一种形式可以简单地驱动镜头元件2到对应于 远焦和近焦的两个位置。在这种情况下，控制电路50或者不通电流， 或者通电流将镜头元件2移动到远焦位置。这种形式的优点是使控制 电路50更简单，并因此更紧凑且成本低。例如，在近聚焦位置，控制 电路50可以通入没有任何反馈的固定的电流，但即使使用反馈，也需 要较低精度，从而使反馈控制更简单。结合了这两种聚焦位置控制的 照相机比固定焦距的照相机提供了更好的图像质量，但比全自动聚焦 控制的相机更便宜和小巧。
尽管上述实施方式涉及并入了 SMA驱动装置的照相才几，该SMA 驱动装置驱动照相机镜头元件的移动，但是，描述的SMA驱动装置 可等同地适用于驱动照相机镜头元件之外的其它物体的移动。
权利要求
1. 一种照相机镜头驱动设备，包含支承结构；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头元件的光学轴方向运动；以及至少一对SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间保持拉紧，成对的所述SMA丝段在其公共点处连接于所述照相机镜头元件和所述支承结构中之一，并且，以所述光学轴的径向视角观察，成对的所述SMA丝段相对于所述光学轴从所述公共点处以相反符号的锐角延伸，以沿所述光学轴方向的视角观察，成对的所述SMA丝段以相互之间小于180度的角度延伸。
2. 如权利要求1所述的照相机镜头驱动设备，其中，沿所述光学 轴观察，成对的所述SMA丝段以相互之间基本为90度的角度延伸。
3. 如权利要求1或者2所述的照相机镜头驱动设备，其中，成对 的所述SMA丝4炎具有相同的长度。
4. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中，成对的所述SMA丝段是整根SMA丝的部分。
5. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中，所述照相机镜头元件和所述支承结构中的所述之一是所述照相才几 镜头元件。
6. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中，所述整根SMA丝通过钩挂在所述照相机镜头元件和所述支承结 构中的所述之一 的固定件上而连接于所述照相机镜头元件和所述支承结构中的所述之一。
7. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，包含围绕所述光学轴对称排列的多对相同的SMA丝段。
8. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中，所述至少一对SMA丝段构成部件的一部分，所述部件还包含连 接于所述SMA丝段的至少一个装配件，并且，装配有所迷至少一个 装配件的所述部件安装于所述照相机镜头元件和所述支承结构中的至 少之一。
9. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其中 所述照相机镜头元件包括一个或多个直径不超过10毫米的镜头。
10. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中所述悬挂系统被配置以提供所述照相机镜头元件相对于所述支承结 构的偏压，所述偏压的方向沿着所述光学轴、并与所述整根SMA丝 的至少 一部分所施加的张力方向相反。
11. 如上述权利要求的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其 中所述悬挂系统包含连接在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间 的多个弹性挠曲部，所述挠曲部挠曲以提供所述偏压。
12. —种照相机镜头驱动设备，包含 支承结构；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；以及多个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间 分别与所述光学轴成锐角地保持拉紧，并施加具有沿所述光学轴方向的分量的张力，所述SMA丝段绕所述光学轴保持适当的位置和方向， 以使当对所述多个SMA丝段中的每个SMA丝段用相同大小的电流进 行加热时，所述每个SMA丝段在所述照相机镜头元件和所述支承结 构之间产生的力具有沿所述光学轴方向的净分量，而基本没有沿垂直 于所述光学轴方向的净分量，并且基本没有绕垂直于所述光学轴方向 的任何轴线的净扭矩。
13. 如权利要求12所述的照相机镜头驱动设备，其中，对所述多 个SMA丝段中的每个SMA丝段用相同大小的电流进行加热时在所述 照相机镜头元件和所述支承结构之间产生的所述力基本不提供围绕所 述光学轴的净扭矩。
14. 如权利要求13所述的照相机镜头驱动i殳备，其中，所述多个 SMA丝段具有相同长度，并且分别与所述光学轴成相等大小的锐角， 以所述光学轴的径向视角观察， 一半的SMA丝段以第一符号的锐角 倾斜，而另一半的SMA丝段以第二符号的锐角倾斜，所述第二符号 与所述第一符号相反，每一半中的SMA丝段以围绕所述光学轴旋转 对称的方式装配。
15. 如权利要求14所述的照相机镜头驱动设备，其中所述多个 SMA丝段均垂直于位于其中点和所述光学轴之间的概念线。
16. 如权利要求12到15的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述多个SMA丝段是整根SMA丝的部分。
17. 如权利要求12到16的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述SMA丝段通过对其进行巻曲固定的巻边连接于所述照相机 镜头元件和所述支承结构中的至少之一。
18. 如权利要求12到17的任意之一所述的照相机镜头驱动设备，其中至少两根SMA丝^由整根SMA丝形成，所述整才艮SMA丝钩挂 在所述支承结构和所述照相机镜头元件的至少之一的固定件上，使所 述SMA丝段保持拉紧。
19. 如权利要求12到18的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述照相机镜头元件包括一个或多个直径不超过10毫米的镜头。
20. 如权利要求12到19的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述悬挂系统被配置以提供所述照相机镜头元件对所述支承结构 的偏压，所述偏压的方向沿着所述光学轴、并与所述整根SMA丝的 至少一部分所施加的张力方向相反。
21. 如权利要求20的所述的照相机镜头驱动设备，其中所述悬挂 系统包含连接在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间的多个弹性 挠曲部，所述挠曲部挠曲以提供所述偏压。
22. 如权利要求21的所述的照相机镜头驱动设备，其中所述弹性 挠曲部以围绕所述光学轴旋转对称的方式装配。
23. —种照相机镜头驱动设备，其包含 支承结构；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；多个SMA丝段，其具有相同长度并分别与所述光学轴成相等大 小的锐角地保持拉紧，以所述光学轴的径向视角观察， 一半的SMA 丝段向上倾斜，而另一半的SMA丝段向下倾斜，每一半中的SMA丝 线均以围绕所述光学轴旋转对称的方式装配。
24. —种用于驱动照相机镜头元件相对于支承结构运动的照相机镜头驱动器件的制造方法，所述方法包括制造包含至少 一根SMA丝的部件，所述至少 一根SMA丝连接于 至少一个装配件，以形成包括所述SMA丝的封闭环；通过将所述至少一个装配件安装到所述支承结构和所述照相机镜 头元件中的至少之一上，并使所述至少一根SMA丝在所述照相机镜 头元件和所述支承结构之间保持拉紧，以产生沿所述光学轴方向的张 力，而将所述部件装配到驱动结构内，所述驱动结构包含支承结构以 及通过悬挂系统支撑于所述支承结构上的照相机镜头元件，所述悬挂 系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头 元件的光学轴方向运动。
25. 如权利要求24所述的方法，其中制造所述部件的步骤包括在 将至少一根拉紧的SMA丝安装于所述至少一个装配件上，并且将所 述SMA丝连接到所述至少一个装配件上。
26. 如权利要求25所述的方法，其中将至少一根拉紧的SMA丝 安装于所述至少一个装配件上的步骤包含将所述至少一根拉紧的 SMA丝围绕所述至少一4艮装配件缠绕。
27. 如权利要求24至26任意之一所述的方法，其中所述部件包 含多个装配件。
28. 如权利要求27所述的方法，其中所述部件包含单根丝。
29. 如权利要求24至28任意之一所述的方法，其中在制造所述 部件的步骤中，通过由在所述至少一个装配件上形成的巻边将至少一根SMA丝巻曲固定，将所述至少一根SMA丝连接到所述至少一个装配件上。
30. 如权利要求24至29任意之一所述的方法，其中，在将所述部件装配到所述驱动结构的步骤中，将所述SMA丝钩挂到所述支承 结构和所述照相枳4竟头元件中的至少之 一 的至少 一 个固定件上，以4吏所述至少一个固定件使所述SMA丝保持从所述固定件的每一边拉紧 地延伸。
31. 如权利要求24至30任意之一所述的方法，其中所述至少一 个装配件与所述至少一根SMA丝电接触。
32. 如权利要求31所述的方法，其中所述部件包括至少一个装配件，所述装配件由金属制造，并在多个分离的位置连接于所述SMA 丝且与其电接触。
33. 如权利要求24至32任意之一所述的方法，其中所述照相才几 镜头元件包含一个或者多个最大直径尺寸不超过10毫米的镜头。
34. 如权利要求24至32任意之一所述的方法，其中所述悬挂系 其中所述悬挂系统被配置以提供所述照相机镜头元件对所述支承结构 的偏压，所述偏压的方向沿着所述光学轴、并与所述整根SMA丝的 至少 一部分所施加的张力方向相反。
35. 如权利要求34所述的方法，其中所述悬挂系统包含连接在所 述照相机镜头元件和所述支承结构之间的多个弹性挠曲部，所述挠曲 部挠曲以-提供所述偏压。
36. 如权利要求35所述的方法，其中所述弹性挠曲部以围绕所述 光学轴旋转对称的方式装配。
37. 如权利要求24至36任意之一所述的方法，其中，在将所述 部件装配到所述驱动结构的步骤中，将所述闭合环布置为围绕所述照 相机镜头元件延伸，并且所述至少一根SMA丝的多个SMA丝段与所述光学轴分别成锐角地拉紧，施加具有沿所述光学轴方向的分量的张 力。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述SMA丝段绕所述光学 轴保持适当的位置和方向，以使当对所述多个SMA丝段中的每个 SMA丝段用相同大小的电流进行加热时，所述每个SMA丝段在所述的净分量，而基本没有沿垂直于所述光学轴方向的净分量，并且基本 没有绕垂直于所述光学轴方向的任何轴线的净扭矩。
39.如权利要求38所述的方法，其中，对所述多个SMA丝段中 的每个SMA丝段用相同大小的电流进行加热时在所述照相机镜头元 件和所述支承结构之间产生的所述力基本不提供围绕所述光学轴的净 扭矩。
40.如权利要求37至39任意之一所述的方法，其中所述多个SMA 丝段具有相同长度，并且分别与所述光学轴成相等大小的锐角，以所 述光学轴的径向视角观察， 一半的SMA丝段以第一符号的锐角倾斜， 而另一半的SMA丝段以第二符号的锐角倾斜，所述第二符号与所述 第一符号相反，每一半中的SMA丝段以围绕所述光学轴旋转对称的 方式装配。
41.如权利要求24至40任意之一所述的方法，其中所述多个SMA 丝段均垂直于位于其中点和所述光学轴之间的概念线。
42. —种用于驱动照相机镜头元件相对于支承结构运动的照相机 镜头驱动设备，所述驱动结构包括 支承结构；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头元件的光学轴方向运动；部件，其包含连接到至少一个装配件的至少一根SMA丝从而构 成包括所述SMA丝的封闭环，所述部件上装配有所述至少一个装配 件和所述至少一根SMA丝，所述装配件装配到所述支承结构和所述 照相机镜头元件中的至少之一，所述至少一沖艮SMA丝在所述照相枳』 镜头元件和所述支承结构之间保持拉紧，因而施加所述沿光学轴方向 的张力。
43. 如权利要求42所述的照相机镜头驱动设备，其中所述部件包 含多个装配件。
44. 如权利要求43所述的照相机镜头驱动设备，其中所述部件包 含单根SMA丝。
45. 如权利要求43至44的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，通过由在所述至少一个装配件上形成的巻边将至少一根SMA 丝巻曲固定，将所述至少一根SMA丝连接到所述至少一个装配件上。
46. 如权利要求42至45的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述SMA丝钩挂到所述支承结构和所述照相机镜头元件中的 至少之一的至少一个固定件上，以使所述SMA丝保持从所述固定件 的每一边拉紧地延伸。
47. 如权利要求42至46的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述至少一个装配件与所述至少一根SMA丝电接触。
48. 如权利要求47所述的照相机镜头驱动设备，其中，其中所述 部件包括至少一个装配件，所述装配件由金属制造，并在多个分离的 位置连接于所述SMA丝且与其电接触。
49. 如权利要求42至48的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，其中所述照相机镜头元件包含一个或者多个最大直径尺寸不超 过10亳米的镜头。
50. 如权利要求42至49的任意之一所述的照相才几镜头驱动设备， 其中所述悬挂系统被配置以提供所述照相机镜头元件对所述支承结构 的偏压，所述偏压的方向沿着所述光学轴、并与所述整根SMA丝的 至少 一部分所施加的张力方向相反。
51. 如权利要求50所述的照相机镜头驱动设备，其中所述悬挂系 统包含连接在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间的多个弹性挠 曲部，所述挠曲部挠曲以提供所述偏压。
52. 如权利要求51所述的照相机镜头驱动设备，其中所述弹性挠 曲部以围绕所述光学轴旋转对称的方式装配。
53. 如权利要求42至52的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述闭合环布置为围绕所述照相机镜头元件延伸，并且所述至 少一根SMA丝的多个SMA丝段与所述光学轴分别成锐角地拉紧，施 加具有沿所述光学轴方向的分量的张力。
54. 如权利要求53所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述SMA 丝段绕所述光学轴保持适当的位置和方向，以使当对所述多个SMA 丝段中的每个SMA丝段用相同大小的电流进行加热时，所述每个 S M A丝段在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间产生的力具有 沿所述光学轴方向的净分量，而基本没有沿垂直于所述光学轴方向的 净分量，并且基本没有绕垂直于所述光学轴方向的任何轴线的净扭矩。
55. 如权利要求54所述的照相机镜头驱动设备，其中，对所述多 个SMA丝段中的每个SMA丝段用相同大小的电流进行加热时在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间产生的所述力基本不提供围绕所 述光学轴的净扭矩。
56. 如权利要求42至55的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中所述多个SMA丝段具有相同长度，并且分别与所述光学轴成相 等大小的锐角，以所述光学轴的径向视角观察， 一半的SMA丝段以 第一符号的锐角倾斜，而另一半的SMA丝段以第二符号的锐角倾斜， 所述第二符号与所述第一符号相反，每一半中的SMA丝段以围绕所述光学轴旋转对称的方式装配。
57. —种照相机镜头驱动设备，其包含 支承结构；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑于所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴方向运动；以及至少一个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构 之间保持拉紧并施加至少在沿所述光学轴方向具有分量的张力，其中所述至少一个SMA丝段具有不大于35微米的直径。
58. 如权利要求57所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述照相 机镜头元件包含一个或多个最大直径不超过10毫米的镜头。
59. —种照相机镜头驱动设备，包含 支承结构；照相机镜头元件，其由多个弹性的挠曲部支撑于所述支承结构上， 每个所述挠曲部均绕光学轴延伸，并且其一端连接于所述照相机镜头 原件，其另一端连接于所述支承结构，所述挠曲部的挠曲引导所述照 相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜头元件的所述光学 轴方向运动；以及至少一个SMA丝段，其在所述照相机镜头元件和所述支承结构之间保持拉紧并产生具有沿所述光学轴方向的分量的张力，所述挠曲 部的挠曲提供所述照相机镜头元件对所述支承结构的偏压，所述偏压的方向沿着所述光学轴、并与至少一个SMA丝^:所施加的张力方向 相反。其中，所述支承结构被布置以限制所述照相机镜头元件沿所述光 学轴径向的运动，并且以所述光学轴方向的^L角观察，所述挠曲部沿 其长度方向挠曲，形成至少三个交替挠曲的区间。
60. 如权利要求59所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述挠曲 部被挠曲成三个交替挠曲的区间。
61. 如权利要求60所述的照相机镜头驱动设备，其中，中间区间 的长度比外围区间的长度要大。
62. 如权利要求60所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述中间 区间的长度至少是所述外围区间的两倍。
63. 如权利要求60至62的任意之一所述的照相机镜头驱动i殳备， 其中，所述中间区间的曲率比外围区间的曲率要小。
64. 如权利要求60至62的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述中间区间的曲率至多是所述外围区间的一半。
65. 如权利要求60至64的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，每个区间的长度和曲率的比例是基本相等的。
66. 如权利要求59至65的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，以所述光学轴的径向视角观察，所述挠曲部沿其长度方向是成 直线的。
67. 如权利要求59至66的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述挠曲部围绕所述光学轴对称排列。
68. 如权利要求59至67的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述挠曲部包含多组平行的挠曲部。
69. 如权利要求59至68的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，所述照相机镜头元件包括一个或者多个直径不超过10毫米的镜 头。
70. —种照相机镜头驱动系统，包含 支承结构；装配在所述支承结构上的图像传感器；照相机镜头元件，其由悬挂系统支撑在所述支承结构上，所述悬 挂系统引导所述照相机镜头元件相对于所述支承结构沿所述照相机镜 头元件的光学轴运动，所述照相机镜头元件聚光到所述图像传感器上；SMA驱动器，其连接于所述支承结构和所述照相机镜头元件之 间，以驱动所述照相才几镜头元件相对于所述支承结构进行所述运动； 以及驱动电路，其连接于所述SMA驱动器，并能够产生用于驱动所 述SMA驱动器的驱动信号，所述驱动电路通过所述支承结构安装于 所述图像传感器的后部。
71. 如权利要求70所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述驱动 电路位于驱动电路板上，并且所述支承结构具有从所述图像传感器向 后突出的突出壁，并且所述驱动电路板安装在所述突出壁上。
72. 如权利要求71所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述图像 传感器位于图像电路板上，并且所述支承结构具有位于所述突出壁内 侧的壁架，并且所述图像电路板安装在所述壁架上。
73. 如权利要求72所述的照相机镜头驱动设备，其中，所述照相 机镜头元件包括一个或者多个直径不大于IO毫米的镜头。
74. —种控制照相机镜头驱动装置的方法，所述照相机镜头驱动 装置包括SMA驱动器，所述SMA驱动器加热后驱动照相机镜头元件 沿着光学轴方向运动，以改变所述照相机镜头元件在图像传感器上的 聚焦，在所述方法中，所述的加热通过使电流经过所述SMA驱动器 来完成，所述方法包含初始阶段，将所述SMA驱动器从马氏体相加热到达到其活性温 度范围，在所述活性温度范围内，所述SMA驱动器从马氏体相转变 为奥氏体相；扫描阶段，将所述SMA驱动器加热至超过所述活性温度范围， 对所述图像传感器输出的图像信号的聚焦质量进行监控，并且存储当 所述聚焦质量达到可接受的程度时所述SMA驱动器的阻抗测量； 回扫阶段，将所述SMA驱动器冷却为变为马氏体相； 聚焦阶段，加热所述SMA驱动器，其中，在所述聚焦阶段，获 得对所述SMA驱动器的阻抗测量，通过所述SMA驱动器的电流随着 反馈控制技术的变化而变化，所述反馈控制技术将所述SMA驱动器 的阻抗测量作为反馈信号，以使获得的阻抗的测量值趋近于存储的阻 抗测量。
75. 如权利要求74所述的方法，其中，在所述聚焦阶段，通过所 述SMA驱动器的电流是经脉冲宽度调制的，通过改变脉沖宽度调制 电流的占空度，使所述电流改变。
76. 如权利要求75所述的方法，其中，通过与获得的阻抗测量和 储存的阻抗测量之间的差值成比例地改变所述脉沖宽度调制电流的占 空度，使所述电流改变。
77. 如权利要求74至76的任意之一所述的方法，其中，在所述 初始阶—段，获得所述SMA驱动器的，并且响应于所述阻抗测量的下 降，开始所述扫描阶段。
78. 如权利要求77所述的方法，其中，在所述扫描阶段开始时， 将阻抗测量的峰值存储起来，在所述回扫阶段，获得所述SMA驱动 器的阻抗测量，通过将所述SMA驱动器冷却直到获得的所述SMA驱 动器的阻抗测量到达或者超过存储的所述峰值，而将所述SMA驱动 器冷却至马氏体相。
79. 如权利要求74至78的任意之一所述的方法，其中，在所述 扫描阶段，获得所述SMA驱动器的阻抗测量，通过所述SMA驱动器 的电流随着反馈控制技术的变化而变化，所述反馈控制技术利用所述 SMA驱动器的阻抗测量作为反馈信号，以使获得的阻抗测量值接连地 趋近于一系列测试值。
80. 如权利要求79所述的方法，其中，在所述扫描期间，通过所 述SMA驱动器的电流是经脉冲宽度调制的，通过改变脉冲宽度调制 电流的占空度，使所述电流改变。
81. 如权利要求80所述的方法，其中，通过与获得的和各测试值 之间的差值成比例地改变所述脉沖宽度调制电流的占空度，使所述电 流改变。
82. 如权利要求74至81的任意之一所述的方法，其中，由恒流 电源为所述SMA驱动器供电，并且获得的阻抗测量是通过所述SMA 驱动器的电压。
83. —种用于照相机镜头驱动设备的控制系统，所述照相机镜头 驱动设备包含，所述SMA驱动器加热后用于驱动照相机镜头元件沿着光学轴方向运动来改变所述照相机镜头元件在图像传感器上的聚焦，所述控制系统包括电源，其能够操作以将电流通过所述SMA驱动器，以使其加热； 检测电路，其能够操作以检测所述SMA驱动器的阻抗测量； 控制器，其用于控制所述电源，并响应于由所述检测电路检测到的所述SMA驱动器的阻抗测量，其中，所述控制器操作以执行包括以下各阶段的自动聚焦周期初始阶段，控制所述电源将所述SMA驱动器从马氏体相加热至达到其活性温度范围，在所述活性温度范围内，所述SMA驱动器从马氏体相转变为奥氏体相；扫描阶段，控制所述电源将所述SMA驱动器加热至超过所述活性温度范围，对所述图像传感器输出的图像信号的聚焦质量进行监控，并且存储当所述聚焦质量达到可接受的程度时所述SMA驱动器的阻抗测量；回扫阶段，控制所述电源将所述SMA驱动器冷却为变为马氏体相；聚焦阶段，控制所述电源对所述SMA驱动器加热，其中，在所 述聚焦阶段，获得对所述SMA驱动器的阻抗测量，通过所述SMA驱 动器的电流随着反馈控制技术的变化而变化，所述反馈控制技术将所 述SMA驱动器的阻抗测量作为反馈信号，以使获得的阻抗的测量值 趋近于存储的阻抗测量。
84. 如权利要求42至45的任意之一所述的照相机镜头驱动设备， 其中，在所述聚焦阶段，所述控制器控制所述电源将脉沖宽度调制电 流通过所述SMA驱动器，通过改变脉冲宽度调制电流的占空度，使 所述电流改变。
85. 如权利要求84所述的控制系统，其中，通过与获得的阻抗测 量和储存的阻抗测量之间的差值成比例地改变所述脉沖宽度调制电流 的占空度，使所述电流改变。
86. 如权利要求83至85的任意之一所述的控制系统，其中，在 所述初始阶段，所述控制器监控由所述检测电路测得的所述SMA驱 动器的阻抗测量，并响应于所述阻抗测量的下降，开始所述扫描阶段。
87. 如权利要求86所述的控制系统，其中，在所述扫描阶段开始 时，所述控制器将阻抗测量的峰值存储起来，在所述回扫阶段，所述 控制器监控由所述检测电路测得的所述SMA驱动器的阻抗测量，并 通过将所述SMA驱动器冷却直到获得的所述SMA驱动器的阻抗测量 到达或者超过存储的所述峰值，而将所述SMA驱动器冷却至马氏体 相。
88. 如权利要求83至87的任意之一所述的控制系统，其中，在 所述扫描阶段，响应于作为反馈信号的、由所述检测电路测得的所述 SMA驱动器的阻抗测量，所述控制器使所述电源的电流随反馈控制技 术改变，以使获得的阻抗测量值接连地趋近于一 系列测试值。
89. 如权利要求88所述的控制系统，其中，在所述扫描阶段，所 述控制器控制所述电源将脉沖宽度调制电流通过所述SMA驱动器， 通过改变脉沖宽度调制电流的占空度，使所述电流改变。
90. 如权利要求89所述的控制系统，其中，通过与获得的和各测 试值之间的差值成比例地改变所述脉冲宽度调制电流的占空度，使所 述电流改变。
91. 如权利要求83至90的任意之一所述的控制系统，其中，由 恒流电源为所述SMA驱动器供电，并且检测器电路是能够操作以检 测通过所述SMA驱动器的电压的电压检测器。
全文摘要
提供了一种照相机镜头驱动设备，其用于驱动通过悬挂系统支撑在支承结构上的照相机镜头的运动。所述设备包括包含SMA丝的部件，所述SMA丝与安装在支承结构上的至少一个装配件连接。至少一对SMA丝段在照相机镜头元件和支撑系统之间相对于光学轴分别成锐角地保持拉紧，产生具有沿着光学轴分量的张力。沿光学轴方向的视角观察，成对的SMA丝段成一定角度地拉紧。可具有多对平衡排列的SMA丝段，产生的张力没有垂直于光学镜头方向的净分量，并且不产生垂直于光学轴的任意轴的净扭矩。控制电路响应于SMA丝段的阻抗测量值控制对SMA丝段的加热。
文档编号G02B7/08GK101416090SQ200780012088
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月30日
发明者大卫·利文斯敦, 理查德·涛普利斯, 罗伯特·约翰·利德哈姆 申请人:1...有限公司