形状记忆合金致动器组件1.本技术要求2022年3月22日提交欧洲专利局、申请号为ep22163526.1、发明名称为“shape-memory-alloyactuatorassembly”的欧洲专利申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本技术中。
技术领域：
：2.本发明涉及一种致动器组件，用于将可移动(例如光学)元件定位在相对于框架主体沿移动轴(例如光学元件的光轴)的至少两个稳定位置之一。这种致动器组件可用于与移动电话中的变焦镜头一起操作。可移动元件则为透镜(组)，例如弹出式透镜，框架主体则为基础或模组框架，并且例如两个稳定位置沿透镜的光轴设置。
背景技术：
：：3.用于变焦镜头的传统致动机构是使用旋转电机，例如dc电机，或步进电机和传动机构，例如美国专利公开us7,342,606中所述。在这个概念中，至少一个透镜组通过传动齿轮连接到驱动源(例如旋转电机)。通过致动驱动源，透镜组可以沿光轴连续移动。这种设计很复杂，并且占用的空间相当大。4.美国专利公开us2020/0310224描述了一种使用形状记忆合金(shapememoryalloy，sma)线的连续变焦镜头致动器。透镜组由基于sma的致动器沿光轴致动，其中致动器由多条sma线组成。为了将镜头保持在一个位置，例如突出位置，功率必须在sma线中持续耗散，这对于移动应用来说是不可取的，尤其是在长时间使用长焦距的相机期间。技术实现要素：5.本发明寻求提供一种改进的致动器，用于将主体保持在两个稳定位置之一，例如应用于移动应用中的变焦透镜机构，允许在两个稳定的变焦透镜位置之间切换。6.迄今为止已知的可能用于双焦距相机模组的常规致动技术包括dc电机、步进电机或压电电机。电机通常通过传动齿轮或杠杆等传动机构与镜筒连接。这种致动系统的设计相当复杂、成本高并且需要很大的空间。此外，致动速度通常很低(例如，当使用旋转电机时)。对于连续变焦镜头，形状记忆合金(shapememoryalloy，sma)致动器也是一种可能的致动机构，但在所有已发布的设计中，sma致动器必须持续供电以使镜头保持在至少一个焦距(focallength，fl)位置。7.根据本发明，提供了一种如上定义的致动器组件，其中致动器组件包括多稳态定位机构和多条形状记忆合金sma线。多稳态定位机构附接到可移动元件和框架主体，并被布置成将可移动元件和框架主体的相互位置保持在沿移动轴的至少两个稳定位置之一。多条sma线在它们的端部处附接到可移动元件和框架主体，并被布置成在致动时在可移动元件和框架主体之间施加力。8.与诸如上述现有技术方案相比，本发明实施例包括以下组件的组合：[0009]-多条sma线，或sma线致动机构。通过利用sma致动，可以实现较大的力和较高的行程。此外，与使用步进电机和齿轮的系统相比，sma致动简单且占用空间小得多。[0010]-多(例如双)稳态定位机构。借助多稳态机构，镜筒可以保持在稳定位置而不会消耗动力。此外，通过使用多稳态定位机构，sma致动器组件不需要在整个行程中移动镜筒，而只需在行程的前半部分移动即可。后半个行程由双稳态机构本身完成，而不消耗外部动力。[0011]-可选的位置感测机构。这种组件有助于保护sma线免于退化，此外还可以提供对致动完成的确认。附图说明[0012]下面将参照附图更详细地讨论本发明，其中[0013]图1a示出了根据本发明实施例的致动器组件的第一实施例的透视图；[0014]图1b示出了图1a所示第一实施例的仰视图；[0015]图2a示出了多稳态定位机构的示例性实施例的侧视图；[0016]图2b示出了图2a所示的多稳态定位机构在两个稳定位置的侧视图；[0017]图2c示出了垂直于图2a的侧视图；[0018]图3示出了图2a-c所示的示例性实施例的表示作为第一方向(z)上的位移的函数的力的曲线图；[0019]图4示出了根据本发明的致动器组件的另一个示例性实施例的侧视图；[0020]图5a和图5b示出了根据本发明的致动器组件的另一个实施例的两个位置；[0021]图6a-d示出了具有八条sma线的控制单元的四种示例性配置实施例；[0022]图7示出了作为温度的函数的sma线的电阻变化的曲线图；[0023]图8a和图8b示出了致动器组件的另一个实施例在两个稳定位置的示意图，并且图8c示出了作为位移的函数的传感器信号的曲线图；[0024]图9a-d示出了致动器组件中sma线的四种示例性配置；[0025]图10示出了根据本发明的致动器组件的又一示例性实施例的侧视图；[0026]图11a和图11b示出了根据本发明的具有基于磁性的多稳态定位机构的致动器组件的示例性实施例的侧视图；[0027]图12a和图12b示出了具有基于磁性的多稳态定位机构的致动器组件的替代实施例；[0028]图13a和图13b示出了具有基于磁性的多稳态定位机构与基于磁铁的定位传感器组合的致动器组件的实施例；[0029]图14a和图14b示出了具有光学定位传感器的致动器组件的示例性实施例；以及[0030]图15示出了根据本发明的另一个实施例的具有控制单元的致动器组件的示意图。具体实施方式[0031]由于在光学、小型化和图像处理方面的不断创新和改进，如今智能手机相机的质量正在赶上笨重的独立相机，例如数码单反(digitalsingle-lens-reflect，dslr)或全框无反光镜相机。如今的智能手机通常有两个、三个甚至更多的后置摄像头，有时多达四个或五个摄像头。无需像十年前摄影师在dslr相机中那样更换沉重的镜头，如今的智能手机用户只需简单地对准和拍摄。手机会自动组合手机中集成的多个相机模组拍摄的照片，并对其进行后期处理，从而在几分之一秒内生成具有最高画质的最终照片。最近的一项分析表明，除了变焦质量外，智能手机在大多数方面都优于或媲美独立相机。[0032]为了获得“光学”变焦图片，智能手机使用来自具有不同焦距(focallength，fl)的离散相机的图片，例如主相机(假设1倍变焦)和长焦相机(例如2倍变焦)，并将它们以数字方式混合，以制作具有1倍和2倍之间任意缩放系数的最终照片。因此，如今的智能手机中的光学变焦应该被正确地称为混合变焦，其中真正的光学变焦只发生在手机中可用的相机的固定fl上。混合变焦的范围由最长fl的相机设定。[0033]在2019年之前的智能手机型号中，长焦相机镜头的fl通常约为5-7mm(变焦比约为2倍)，这仅受手机厚度的限制。从2019年开始，潜望式长焦相机模组开始出现在部分旗舰机型上。在这些相机模组中，来自场景的光线被棱镜折叠90度，并沿着手机的长度方向传播，到达图像传感器。通过这种方式，fl就可以大幅度扩展，高达20-30mm以上，这相当于5-7倍甚至更长的变焦倍数。[0034]增加fl超出手机厚度的另一种方法是在需要最大变焦范围时突出外部镜头，使用后将其缩回到原来的fl。一些智能手机制造商正在追求这个方向。[0035]在突出的变焦镜头的概念中，相机模组具有两个分立的fl：一个短于手机厚度的短fl和一个长于手机厚度的长fl。致动器用于在这两个fl位置之间快速移动外镜筒。混合变焦技术仍然用于这个概念，其中照片是通过以数字方式混合不同固定fl的图像生成的。在本发明公开中，我们将这种类型的相机模组称为双焦距相机模组，因为它可以在两个固定焦距之间切换。[0036]本发明实施例由致动器组件1形成，致动器组件1用于将可移动(例如光学)元件2定位在相对于框架主体3沿移动轴z的至少两个稳定位置之一。图1a的透视图示出了示例性实施例。致动器组件1包括多稳态定位机构4和多条形状记忆合金(shapememoryalloy，sma)线5a、5b。多稳态定位机构4附接到可移动元件2和框架主体3，并被布置成将可移动元件2和框架主体3的相互位置保持在沿移动轴z的至少两个稳定位置之一。多条sma线5a、5b附接到可移动元件2和框架主体3，并被布置成在致动时在可移动元件2和框架主体3之间施加力。[0037]在本发明实施例的示例性实施方式中，提供了一种用于移动设备的双焦距相机模组的基于形状记忆合金sma的致动器组件1。致动器组件1允许沿移动轴或光学轴z在以下两个离散位置之间快速移动相机模组的外透镜组(可移动元件2)：透镜组2在移动设备的主体(框架主体3)内缩回的下部位置，以及透镜组2从移动设备3的主体中突出的上部位置。通过将外透镜组位置从下部位置向上部位置移动，与固定焦距相机设计相比，相机的焦距以及光学变焦比均可以得到扩展。注意，在以下描述中，如在所附权利要求中定义的可移动元件2、框架主体3、多稳态定位机构4可以用一些更具体的功能部件术语(透镜组2、镜筒2、底座3、双稳态定位机构4等)表示，它们具有相同的附图标记。[0038]在示例性实施例中，致动器组件1包括将外透镜组2的镜筒连接到底座(框架主体3)的多条sma线5a、5b。sma线5a、5b可以以对抗配置布置。当sma线5a、5b被电流加热时，它们收缩并将透镜组2拉向任一方向。为了选择合适的力和行程，sma线5a、5b可以相对于移动方向z以非零角度布置。[0039]为了将可移动镜筒2保持在两个固定位置中的任一个而不耗散功率，镜筒2连接到双稳态机构(多稳态定位机构4)。双稳态机构可以基于机械梁结构(参见下文参照图1a-b、2a-c和4描述的示例性实施例)，或基于磁力机构(参见下文参照图11a-b和图12a-b描述的示例性实施例)。在另一个实施例中，相机模组可以具有两个以上的焦距位置，这些焦距位置由多稳态定位机构4支撑。[0040]在又一组实施例中，如图15的示意图所示，致动器组件1还包括连接到多条sma线5a、5b的控制单元10。如图15所示，控制单元10可以是驱动电路11的一部分，驱动电路11例如是相机控制单元或集成电路的一部分。甚至可以存在多个控制单元10，每个控制单元驱动一组sma线5a、5b。根据本发明实施例的具有致动器组件1的相机模组还包括例如以驱动电路(例如ic)的形式的控制单元10，用于供电和控制sma线5a、5b。驱动电路10为sma致动器组件1生成dc或调制电流，例如由诸如相机驱动器ic内的集成微控制器等数字控制器控制。[0041]在另一些实施例中，控制单元10被布置成监测到多条sma线5a、5b中的每一条的电压和/或电流水平。这允许对sma线5a、5b中的每一条进行电流、电压和/或电阻监测中的一项或多项以用于各种功能，这将在下面进一步详细讨论。[0042]根据本发明实施例的致动器组件1还可以包括位置传感器或更通用的位置感测系统，以检测可移动镜筒的位置。此外，或替代地，致动器组件1还包括连接到控制单元10的位置传感器15。在另一个实施例中，位置传感器15包括磁传感器元件15a-c和/或光学传感器元件15d-f。[0043]从位置传感器15获得的位置信息例如用于在移动被意外阻挡时防止sma线5a、5b损坏或退化，并且还可用于控制致动器组件1，或用于其他操作，例如自动对焦控制或图像处理。位置感测系统/位置传感器15可以基于磁原理或光学原理。当位置感测系统是基于磁性时，它可以与磁性双稳态定位机构4组合(参见下文进一步的细节)，其中位置感测系统15的一个或多个组件也可以用作磁性双稳态定位机构4的组件。当位置感测系统是基于光学时，它可以与磁性双稳态定位机构4组合(参见下文进一步的细节)。[0044]除了本发明致动器组件1在双焦距相机模组中的应用之外，本发明实施例还可以用于需要双级或多级致动的任何应用中。一些例子包括：智能手机中自拍相机的弹出机制、相机中的弹出式闪光灯、相机中的镜头盖板致动等。[0045]在图1a中，示出了可用于相机模组的示例性致动器组件1的透视图，图1b示出了致动器组件的仰视图。提供外壳，其连接到框架主体3。框架主体3可以包括各种光学、机械和电子组件，例如透镜元件、自动对焦致动器、图像传感器等，但这些与本发明实施例无关，因此未在这些附图中示出。此外，框架主体3容纳可移动元件2(光学镜筒)。可移动镜筒2例如是负责改变相机焦距的变倍透镜组。可移动镜筒2只能沿相机的光轴z移动，并通过滑动机构、滚珠轴承或一组弹簧等与框架主体3相连接，该滑动机构、滚珠轴承或一组弹簧等在图中未示出(参见下文参照图10描述的实施例)。在正常操作模式下，可移动镜筒2位于其下部位置，其中模组的高度小于手机的厚度。当在变焦模式下操作时，可移动镜筒2移动到上部位置，其中模组的总高度大于手机的厚度(突出的位置)。[0046]在本发明的另一些实施例中，多条sma线5a、5b各自包括布置成通过加热(例如基于电流的加热)来减少sma线长度的材料。这允许简单且经济的实施以控制施加在可移动元件2和框架主体3之间的力。[0047]本发明实施例的致动原理基于形状记忆合金线sma。sma是一种可以在低温下转变的特殊材料，其中该材料是以马氏体相为主的晶体结构，但当加热到高温时可以恢复到其预定形状，其中这种材料被转变为以奥氏体相(austenitephase)为主的结构。当制成金属丝形状并在高温下适当设置时，sma线5a、5b在加热到约90-100摄氏度时的长度相比于室温下的长度可收缩5-6％。注意，sma线5a、5b可以被处理为具有多种转变温度。在优选实施例中，建议使sma线5a、5b在大约90-100摄氏度时转变为高温状态。通常它们会在大约60-70摄氏度时转变回来。基于这种特殊性质，sma线5a、5b通常被用于一般的致动器。加热通常通过施加电流完成，冷却依赖于自然冷却(对流和传导)。sma致动器组件1的优点是简单且紧凑的设计。此外，与电磁致动器相比，sma线5a、5b可以传递大的力和相对大的行程。[0048]可移动镜筒2的移动通过多条sma线5a、5b完成。多条sma线5a、5b将镜筒2连接到框架主体3，并且在图1a-b所示的示例性实施例中，分成两组对抗的线5a、5b，负责向上和向下拉。sma线5a、5b相对于基平面成一角度布置。在如图1a所示的示例性实施例中，存在两组对抗的sma线5a、5b。每组有四条sma线。例如，一条下行线5a在模组的右手侧从框架主体3上的锚点6a开始，钩在镜筒2的前直角7a上，最后在前侧框架主体3上的另一个锚点6a处结束。一般而言，多条sma线5a、5b通过锚定元件6a、6b附接到框架主体3并在连接点7a、7b处附接到可移动元件2。[0049]如图所示，sma线5a相对于框架主体3的基平面形成一个角度θ。另外三条sma下行线5a以类似方式布置在镜筒2的其他三个拐角(连接点)7a处。类似地，四条上行线5b在顶部锚定到框架主体3，并钩在镜筒2的下拐角(连接点)7b上。将sma线5a、5b钩在拐角7a、7b上(如图1a所示的示例性实施例中)的一个优点是通过沿框架主体3的模组边缘选择锚6a、6b的位置，可以选择广泛的角度θ用于力/行程优化。[0050]概括地说，在另一组实施例中，多条sma线5a、5b包括第一组sma线5a和第二组sma线5b，第一组sma线5a被布置成向可移动元件2施加力，该力在平行于移动轴z的第一方向上具有分力，以及第二组sma线5b被布置成向可移动元件2施加力，该力在平行于移动轴z且与第一方向相反的第二方向上具有分力。[0051]在电气上，sma线5a、5b可以被单独供电，或者可以串联或并联供电。例如，如图1a所示，每两个相邻的上或下sma线5a、5b在它们的锚6a、6b之一处串联连接。因此，在该配置中，为了致动每个上行或下行线组5a、5b，提供了两个电源。当上行或下行线5a、5b通电时，它们将以角度θ施加力到镜筒上。由于线配置结构的对称性，合力将在垂直方向z上，分别向上或向下拉镜筒2。[0052]每个线段在z方向的分力为fz＝fwsinθ，其中fw是sma线5a、5b可以沿其长度施加的张力。此外，fw＝σ·s，其中σ是致动期间sma线5a、5b中的拉伸应力，s是sma线5a、5b横截面积，点·表示乘法。对于常用的sma材料(如niti)，σ在正常致动动作期间为100-300mpa的量级。例如，当使用直径为25μm的sma线5a、5b时，并且σ＝300mpa，则每条sma线5a、5b的fw为0.15n。[0053]本发明实施例的一个重要特征是使用基于sma线5a、5b的致动与多(双)稳定定位机构4相结合，以使得镜筒2固定在任一位置而无需施加电力。在图1a中，示出了双稳态定位机构4，其在镜筒2的相对两侧具有两组两个双稳态梁41。图2a-c给出了从两个双稳态梁41的各个侧面看的详细视图。两个双稳态梁41具有在中间42和端部43相互连接的两个平行梁。进一步地，合成梁的两端43锚定在相机模组的框架主体3上，同时中点42与镜筒2的中点designofbi-stablebuckledbeams”)，理论与应用力学快报9(2019)264-272中开发了一种用于预压缩的单个双稳态梁41的分析模型。两个双稳态梁41的参数fcr、zcr和zh的简化公式由下式给出：[0064][0065]其中：[0066]其中：[0067]其中fcr是临界力(单位n)—fcr公式中的因子2来自于以下事实：存在两个平行连接的梁(双梁)，zcr是fcr处的位移(单位m)，zh是半行程(单位m)，e是梁材料的杨氏模量(单位pa)，i是每个梁的面积的二阶矩，i＝w.t3/12(单位m4)，σ是从加载位置到梁的两端43中的任何一端的最短距离与两端43之间的距离l的比值。两个无量纲因子f0＝120.28和z0＝0.31，它们是针对当力在梁的中点沿z方向施加时的情况计算的(因此σ＝0.5)。此外，参见图2a-2c中w、t、l和d0的定义。[0068]作为示例，假设双稳态梁41由杨氏模量为2.57gpa的聚甲醛(模制塑料)制成，梁尺寸为w＝0.617mm、t＝0.32mm、l＝22mm，以及d0＝0.351毫米。根据上述公式(1-3)，临界力为fcr＝0.272n，临界位移为zcr＝1.727mm，半行程为zh＝1.769mm。由于存在两个双稳态梁41耦合到镜筒2，组合双稳态梁41的总临界力为fcr_tot＝2*fcr＝0.544n。[0069]作为一种选择，可以在±zh或±zh和±zcr之间设置两组止动元件9或止动件(上组止动件和下组止动件)，参见图4所示的示例性实施例。止动件附接到框架主体3的相对两侧。例如，两个止动件附接到框架主体3的上侧，另外两个止动件附接到框架主体3的下侧。在一个实施例中，止动件9可以放置在两个稳定位置±zh处。在另一个实施例中，止动件9可以放置在稳定位置+zh和它的相关临界位移+zcr之间以及稳定位置-zh和它的相关临界位移-zcr之间。如果止动件9放置在±zh，它们有助于在镜筒2安放在双稳态位置时抑制振动。如果止动器9稍微向内放置，即在±zh和±zcr之间，除了抑制振荡之外，它们还会为sma线5a、5b产生初始应力。如下文详细阐述，sma材料需要一定水平的初始应力以提供大应变。在相机模组的一些特定设计中，可能需要在开始时(在加热sma线5a、5b之前)为非零应力。因此，在本发明致动器组件1的另一个实施例中，止动元件9(或止动件)附接到框架主体3和/或可移动元件2。在一个实施例中，止动件9可以附接到框架主体3。在一个实施例中，止动件可以附接到可移动元件2。当止动件9附接到可移动元件2时，止动件9随可移动元件2移动，并且一旦止动件9与框架主体3接触，可移动元件2处于一个稳定位置。在一个实施例中，止动件9可附接到框架主体3及可移动元件2两者。当止动件9附接到框架主体3和可移动元件2时，第一组两个止动件9可以附接到框架主体3，第二组两个止动件9可以附接到可移动元件2，并且第一组两个止动件9和第二组两个止动件9在可移动元件2移动到终点止动时接触。在上述所有实施例中，止动件9将有助于抑制振荡和/或在sma线5a、5b中产生初始应力。对于上述实施例，两个止动件9是示例，并且一个止动件9或多个止动件9可以应用于上述实施例。[0070]在一个实施例中，可以提供总共四个止动件9：其中两个位于上部，两个位于下部。上部的两个止动件9放置在可移动元件2的相对两侧。也就是说，它们横跨可移动元件2的直径。两个下止动件9也是如此。通常，可以有多个上止动件9和下止动件9均等地分布在可移动元件2的周边。此外，在另一个实施例中，止动件9可以由柔性材料制成。[0071]例如，如果止动件9放置在zst＝±1.750mm(在距离zcr0.023mm处)，则可用于对sma线5a、5b施加预应力的初始力为(最大)fst＝0.124n，因此，对于两个双稳态梁41，该力变为fst_tot＝2fst＝0.248n。镜筒2的总行程(应等于两个焦距位置之间的所需距离)由两个止动件9定义，即2zst＝3.5mm。双稳态梁41的这个示例将在下文使用，其中进一步详细阐述基于sma线5a、5b的致动器组件。[0072]在以下段落中，描述了关于使用sma线5a、5b的致动的更多细节，并且描述了致动器组件配置的另一些实施例。已知sma线5a、5b表现出大的可恢复应变效应。这种应变效应是由可逆的晶体结构变化引起的。存在两种类型的sma线5a、5b：(a)热响应/热激活和(b)(铁)磁性，在有利的实施例中，使用第一类型(a)。应该注意的是，该类型的名称表明晶体结构变化完全是温度变化的结果，但结构变化也可能受到应力效应的驱动或影响。在本说明书中，标记sma(结合线和其他术语)对应于类型(a)的材料。注意，sma线5a、5b的材料始终是金属合金(通常但不限于镍钛)。[0073]在有利的实施例中，将电流(电力)施加到sma线5a、5b以加热sma线5a、5b(该原理也称为电阻加热或焦耳加热)，并且自然对流和传导用作冷却。力(外部力以及来自本发明的其他组件的力)也对晶体结构有影响。图5a和图5b中描绘了部分致动概念的简化示意图，其中仅描绘了单个sma线5a。在图5a中，示出了sma线5a的温度接近于相对较低的环境温度的状态(状态1)，在这种情况下，材料的晶体结构在奥氏体相(austenitephase)上较低而在去孪晶马氏体(detwinnedmartensite)上相对较高(这导致线相对较长)。在图5b(状态2)中，示出了sma线5a被加热并且晶体结构主要处于奥氏体相的状态(这导致线相对较短)。[0074]在图5a和图5b中，sma线5a钩在可移动镜筒2的中心44处，其中存在两个镜像线段(由于两侧的对称锚定6a)。这简化了设计和分析，但除其他外，还可以选择使钩点位于可移动镜筒2上的不同位置，或锚定在可移动镜筒2上并钩在框架主体3上，和/或以非对称配置连接sma线5a等。应该注意的是，状态2的定义相对明确，其中材料的晶体结构大致相同(几乎完全处于奥氏体相)，而与线的历史无关。这与状态1形成对比，状态1在其晶体结构中可以包含显著部分的孪晶马氏体和r相。后者作为总转变应变很重要，因此，sma线5a的行程受到影响。为了获得相对较高的转变应变，明智的做法是在针对使用过的材料离开状态1之前确保应力超过100mpa左右。此外，建议保持应变低于3％和应力低于300mpa，以确保良好的疲劳性能(例如，可以保证600k+个致动循环)。根据线的制造过程和训练，这种量化可能会发生变化。此处所述的值被认为是保守的，并且是根据经验确定的。[0075]如上面更详细地讨论的，有利的实施例具有向上拉的四条sma线5b(称为上行线)和向下拉的四条sma线5a(下行线)。由于设计中的对称性，每条单独的线5a、5b在振幅和应变循环中具有相似的应力。这里的相似表示它们并不完全相同，但在大多数情况下非常接近。例如，如果可移动元件2正常工作(无阻塞)，则sma线5a、5b中的应力非常接近。准确地说，如果需要可移动元件2以非常慢的速率操作，则sma线5a、5b中的应力值是相同的，因为来自sma线5a、5b的力始终处于平衡状态。只有当可移动元件2需要进行快速运动时，在瞬间，应力可能会短暂不同，但随后可移动元件2会向应力较大的一侧移动，最终平衡力/应力差。注意，图5a和5b可以被认为是实施例中的任意下行线5a的示意图，其中尺寸例如是：b1＝10mm，h1＝2.6mm以及l1＝20.665mm。线的直径为d＝50μm，因此横截面积为a＝1.9635·10-9m2。致动器组件1的sma致动器配置的这一实施例将与上文参照图1a和图1b描述的示例性两个双稳态梁41设计组合使用。[0076]为了得到一个相对较大的潜在行程，目的是在状态1中产生一个最小应力σ＝100mpa。这种应力是通过在z方向上施加初始力finit＝0.050n实现。此外，为确保长寿命，sma线5a、5b上的最大应力应低于σ＝300mpa，意味着在状态1中z方向也存在最大力：f1,max＝0.148n。最后，在该实施例中，目的是使总应变效应限于3％。因此，致动器可以从状态1进入3％应变的状态，这将被称为状态3(它是处于状态1和状态2之间的状态)。由于sma线5a的锚点6a是固定的(b1＝b3)，以下在状态3中有效：h3＝0.671mm。状态1和状态3之间的行程等于h1-h3＝1.929mm，其中只需要1.75mm即可扣合预压缩的双稳态机构。[0077]概括地说，对于总最大(格林-拉格兰奇(green-lagrange))应变为∈max的sma线5a、5b，sma线5a、5b的最小长度等于：[0078][0079]因此，sma线5a、5b的最大行程等于：[0080][0081]由单个sma线5a、5b施加的力等于：[0082]fsma＝σasin(tan-1(h/b1))，(6)[0083]其中可以在h＝h1时，施加最大的力。[0084]需要注意的是，图4所示实施例中的预压缩双稳态梁机构41在扣合后顶推止动件9。考虑到有四条sma线5a、5b拉向单侧，机构施加的力应最小为fstop≥4finit+ffrict＝0.244n，其中假设最大摩擦力为ffrict＝0.044n。该摩擦力来自镜筒2和框架主体3之间的滑动机构。通过使止动件9在0.023mm(等于zst-zcr)远离峰值力(zh)的位置，预压缩双稳态梁机构41以fst_tot＝0.248n推动。此外，双稳态梁机构41的峰值力为fcr_tot＝0.544n(参见上文)。在sma线5a、5b必须受到结合最大摩擦力的峰值力的情况下，由sma线5a、5b施加的力需要为fsma＝ffrict+fcr_tot＝0.588n。该力对应于单个sma线5a、5b中的应力，σ＝300mpa。根据这个推理，可以得出结论，sma线5a、5b能够在所需的行程上稳健地扣合预压缩双稳态梁41达600k+个循环。[0085]最后一个重要的主题是sma线5a、5b的电气特性，因为它们直接影响所需的电压和电流。本发明实施例的应用尤其是智能手机，其通常具有标称电池电压3-4v。如果需要更高的电压，则需要升压转换器，这显著增加了驱动芯片的成本和尺寸。从实验分析可以看出，使用的sma线5a、5b的电阻率等于rw，并且372对于特定的线长度，其等于每条线7.69ω≥rw≥8.78ω。当sma线5a、5b中的应力增加时，获得sma线5a、5b的显著应变所需的电流增加，其中对于最大应力300mpa，需要电流i＝87.12ma(当电流较高时，致动器将能够更快地移动)。注意，可以将所有或一些单侧sma线5a、5b连接在一起并用单个驱动通道致动。通过将sma线5a、5b串联连接，电压增加并且电流保持不变，而通过将它们并联连接，电压保持不变，但电流增加。图6a-6d示出了一些可能的连接方案示例。理论上，只需要两个通道(一个用于所有上行线5b，一个用于所有下行线5a)，如图6a所示，其中所有上行(下行)sma线5a、5b串联连接或图6c，其中所有上行(下行)sma线5a、5b并联连接。在一个有利的实施例中，选择用四个通道驱动，其中前两个通道各自驱动串联的两个上行sma线5b，后两个通道各自驱动串联的两个下行sma线5a(图6b)。另一种方式是也用类似于图6b的四个通道进行驱动，但是在每对sma线5a、5b中，sma线5a、5b并联连接(图6d)。在最坏的情况下，所需的电压是u≥ir＝2irw＝1.53v，因此在典型的智能手机设备中驱动本实施例时，不需要升压转换器。[0086]通过改变sma线5a、5b的角度θ(参见图1a或图5a-5b的定义)，可以选择合适的力和行程。通过简单的三角函数计算，每个线段在z方向的拉力和行程可以得到如下：[0087][0088]其中dh是z方向的行程，s是sma线的应变；θ和b相同的，如图5a-5b中定义的θ1和b1。[0089]fz＝ftensilesinθ；(8)[0090]其中fz是每个线段在z方向上的拉力，ftensile是沿线的张力，由线的应力产生。[0091]从以上公式可以看出，角度越小，sma线5a、5b可以产生的行程越大，但以拉力较低为代价。在图9a-9d的示意图中示出了sma线5a、5b配置的若干替代方案。[0092]图9a示出了替代设计，其中锚点6a、6b位于与中间边缘位置不同的偏心边缘位置处(即，不像图1a所示的示例性实施例那样位于边缘的中间)，这导致更小的θ。图9b-9d示出了可能的sma线5a、5b配置的另一些示例。例如，在图9b中，锚点6a、6b可以位于拐角，而钩点(连接点)7a、7b可以位于镜筒2边缘的中间。在图9c中，角度θ为90度，因此致动力最大，但行程最小。在图9d中，较长的sma线5a、5b用于增加行程。为了适应过长的长度，每条sma线5a、5b围绕钩6c(或滑轮)折叠。注意，在图9d中，为简单起见，仅勾画了上行线5b。应理解，还有一组反向连接的下行线5a。[0093]在双焦距相机模组中实施本发明的致动器组件时，存在镜筒2被例如手机用户的手指阻挡而sma致动器组件1试图拉动它的风险。在这种情况下，模组需要设计成不会对sma线5a、5b造成永久性损坏。[0094]根据实验证据，当适用于本技术的sma线5a、5b被加热到约100摄氏度时(此时材料从马氏体相转变为奥氏体相)，同时其长度受到限制(以模拟阻塞)，线可以承受数千次这样的加热循环。然而，线的总转变应变略有下降(约0.4％)。这种变化量被认为是对本技术是可以接受的，而无需精确移动。但是，通过检测阻塞并在达到高温之前停止加热，仍然可以避免材料的变化，即使是很小的变化。可以使用以下示例性实施例之一完成阻塞检测。[0095]如上面参考图15所提到的，在另一些实施例中，控制单元10被布置成监测到多条sma线5a、5b中的每一条的电压和/或电流水平。这允许对sma线5a、5b中的每一条进行电流、电压和/或电阻监测中的一项或多项，例如用于检测阻塞。[0096]在驱动sma线5a、5b期间，控制单元10例如测量加热电流的电压和电流，由此可以计算和监测sma线5a、5b的电阻。在图7中，纵轴“电阻变化”是无量纲的，因为它是相对于室温下(没有电流时)电阻的相对电阻变化。用于停止致动的条件可以基于相对电阻变化进行定义，例如，当相对电阻变化与已知自由条件的差异超过阈值比率时，例如，5％，或更优选地大于2％。图7示出了在以下两种情况下加热期间sma线5a、5b电阻的典型测量值的曲线图：长度受限(移动受阻)和恒定应力下的自由移动。正常情况下，当线未阻塞(自由)时，大部分sma材料在低温下处于马氏体相，并当加热到高温(》120摄氏度)时会转变为奥氏体相。这个过程称为相变。当sma线5a、5b被加热到约80摄氏度时，在自由线的情况下，大约一半的转变会发生(即大约50％的马氏体和50％的奥氏体相存在于材料中)，但在阻塞sma线5a、5b的情况下，转变几乎不可能发生。因此，两种情况的电阻存在6％的明显差异。控制单元10可以容易地检测到这种差异，并且如果检测到阻塞，可以立即停止致动电源，以防止线的任何劣化。[0097]作为替代方案(参见上文对图15的描述)，根据本发明实施例的致动器组件1还可以包括位置传感器或更通用的位置感测系统，以检测可移动镜筒的位置。此外，或替代地，致动器组件1还包括连接到控制单元10的位置传感器15。在另一个实施例中，位置传感器15包括磁传感器元件15a-c和/或光学传感器元件15d-f。在另一个实施例中，控制单元10还被布置成接收来自位置传感器15的信号，用于确定可移动元件2是否处于至少两个稳定位置中的一个，并且如果确定可移动元件2处于至少两个稳定位置中的一个，停止多条sma线5a、5b的激活。[0098]镜筒2的位置可以通过位置传感器15感测，并且基于该信息，如果在加热功率启动时镜筒2没有从其中一个双稳态位置移开，也可以检测到阻塞。在有利的实施例中，提出了利用霍尔传感器15a的磁原理，以检测镜筒2的位置。霍尔传感器是一种可以感应磁场的硅器件。存在至少一个永磁铁15b、15c附接到可移动镜筒2，并且存在至少一个霍尔传感器15a附接到相机模组的框架主体3。或者，霍尔传感器15a可以附接到镜筒2，磁铁15b、15c可以附接到框架主体3。[0099]图8a-8c示出了这种位置感测系统的示例。位置感测系统包括附接到镜筒2的侧壁的两个永久磁铁15b、15c(见图8a)。这两个永久磁铁15b、15c沿z方向排列，相互距离等于镜筒2的行程。磁铁15b、15c的磁矩垂直于移动方向z并且指向彼此相反的方向，如图8a和8b所示。驱动电路11还可以包括驱动sma线5a、5b的控制单元10，连接到霍尔传感器15a，并被安装在框架主体3的与磁铁15b、15c相对的侧壁。在本示例中，霍尔传感器15a基于水平霍尔技术，也就是说，它对垂直于芯片平面的磁场分量敏感。选择驱动电路11的位置，使得当镜筒2处于上部或下部位置时，磁铁15b、15c中的一个与霍尔传感器15a对齐。[0100]图8c绘制了与垂直于芯片平面的磁场成比例的霍尔传感器15a的信号。当磁场指向例如传感器平面时，信号为正，而当磁场指向远离传感器平面时，信号为负。当磁铁15b、15c中的一个与霍尔传感器15a完全对齐时，信号幅度最大，但这两个位置的信号符号相反。通过监测传感器信号，可以检测镜筒2在上下部位置周围的位置。例如，当信号幅度最大且为正时，镜筒2位于下部位置，而当信号幅度最大且为负时，镜筒2位于上部位置。下部位置和上部位置是稳定的位置。在致动操作期间，如果检测到镜筒2被阻塞(霍尔传感器15a信号没有根据加热功率按预期变化)，则可以及时停止加热功率以防止sma线5a、5b劣化。此外，位置信息可用于在完成致动时获得确认，或可用于其他目的，例如自动对焦算法的输入。[0101]如上文参考图15所述，具有根据本发明实施例之一的致动器组件1的相机模组还可以包括用于为sma线供电和控制sma线的驱动电路11(例如ic或成组组件)。驱动电路11包括为sma致动器组件1生成dc或调制电信号的功率级。调制信号可以是脉冲宽度调制(pulse-width-modulation，pwm)、脉冲密度调制(pulse-density-modulation，pdm)等形式。sma线5a、5b的加热功率可以通过dc值、pwm的占空比、或pdm信号的脉冲密度实现精确控制。电流的产生进一步由诸如驱动电路11内的集成微控制器等控制单元10控制。驱动电路11还可以包括温度传感器以感测环境温度，以便相应地调整加热功率的量。[0102]在以上参照图1a-1b、图2a-2c和图4描述的示例性实施例中，列出一个具体示例，其中两个双稳态梁41用作多稳态定位机构4，并且施加致动力的点(称为加载位置)位于梁41的中间42。具有中心加载点42的双梁41的目的是确保梁41始终以偶模态形状变形，这有助于使镜筒2在移动过程中始终平行于光轴(z方向)定向。尽管这种设计由于其干净而有力的动作而更有利，但是它的缺点是克服临界力fcr所需的力相当高。[0103]根据yan等人(w.yan,y.yu,a.mehta，“用于快速设计双稳态屈曲梁的分析模型”，理论与应用力学快报9(2019)264-272)针对单个双稳态梁开发的模型，fcr为加载位置的函数。在距单个梁任一锚点0.37l的位置，fcr变为最小值，等于加载位置位于中间时fcr的仅61％(在0.37l加载位置，无量纲参数f0为73.9，而在中间，0.5l，f0为120.28，见方程1)。这开拓了调整致动力的可能性，同时使得保持力相同。[0104]图10示出了另一种设计的示意图，其中sma线5a、5b没有钩住并耦合到镜筒2，而是耦合到单个双稳态梁41上的偏心加载位置(连接点)7a、7b。偏心加载位置7a和中点42之间的距离与偏心加载位置7b和中点42之间的距离相同。在该设计中，使用单梁41代替双梁，因为如果加载位置不在它们连接的中点42处，则致动力不能施加到双梁结构的两个平行梁。可以调整单个双稳态梁41上的加载位置，以选择合适的拉力(在图10的示例中，假设加载位置位于距任一锚点0.37l处(因此σ＝0.37)。根据方程(1)，当σ＝0.37,f0(σ)最小，且等于73.9，仅为f0(σ＝0.5)＝120.28的61％。这意味着，在σ＝0.37，所需的拉力最小，且仅为加载位置位于梁41中间时的力的61％。为了使得镜筒2沿z轴在直线上平移，使用引导组件8，例如，使用如图所示的滑动机构(例如滚珠轴承)的形式。由于梁41在偏心(连接)点7a、7b处被sma线5a、5b拉动，因此梁41在操作期间将部分变形为奇模态形状，并且因此中点将旋转。为了便于旋转，梁41的中点通过枢轴42与镜筒2相耦合。通过这种方式，梁41仍可驱动镜筒2沿z轴上下运动，同时可自由变形为奇模态。由于镜筒2在中点42处仍然与梁41耦合，因此夹持力仍然很高，同时所需的拉力仅为夹持力的61％。这使得致动更容易。通过选择合适的加载位置，可以调整拉力以优化设计。此外，在设计该系统时应考虑的是：在fcr减小的同时，zcr也减小，而zh不变，这使得距离zh-zcr，即sma线5a、5b需要带动梁到临界点的距离更长。注意，在本示例性实施例中，sma线5a、5b在锚点6a、6b处附接到框架主体3，锚点6a关于在z方向上与偏心连接点7a交叉的线对称，锚点6b关于在z方向上与偏心连接点7b交叉的的线对称。一组锚点6a、6b与另一组锚点6a、6b关于中点42中心对称。锚点6a、6b的其他位置也是可能的，例如参考图9a-9d所解释的。[0105]因此，在另一个实施例中，致动器组件1还包括引导组件8，用于限制可移动元件2和框架主体3沿移动轴z的相互移动。引导组件8附接到框架主体3并且靠近镜筒2，例如，当镜筒2移动时，导向组件8与镜筒2之间会产生滑动摩擦。导向组件8被设置为在定位机构4未按正确模式移动的情况下，引导镜筒2以正确方向移动。[0106]在另一些实施例中，提供了多稳态定位机构4，即具有两个以上的稳定位置。当例如应用于移动电话透镜系统时，光学透镜即可以具有多个焦距。然后，sma致动器组件1适于将镜筒2从一个稳定位置逐步移动到下一个稳定位置。创建多稳态机制的常用技术包括串联连接多个双稳态元件(gerson,y.，krylov,s.，ilic,b.，schreiber,d.，“大位移低压多稳态微致动器(largedisplacementlowvoltagemultistablemicroactuator)”，ieee第21届国际微机电系统会议论文集，463-466，2008)，或将弯曲梁拆分成具有不同稳定位置的若干段(dung-anwang，jyun-huachen，huy-tuanpham，“具有两个串联连接的双稳态机制的三稳态兼容微机械(atristablecompliantmicromechanismwithtwoseriallyconnectedbi-stablemechanisms)”，机械与机器理论，第71卷，27-39，2014年)。另一个概念是围绕可移动镜筒2构建多个嵌套框架。每个框架通过至少一个双稳态梁结构连接到下一个外框架。最内部的框架的双稳态结构连接镜筒2，同时最外部的框架的双稳态结构连接框架主体3。多条sma线5a、5b可以连接到每个框架，并且可以单独致动。通过这种方式，通过以适当的顺序一个一个地致动嵌套框架，可以分别通过多个稳定位置逐步地致动镜筒2。[0107]除了将机械梁41用于双稳态(或通常的多稳态机构)之外，还可以使用不同的原理，例如磁原理。图11a-11b示出了这种磁性双稳态定位机构4的示例。可移动镜筒2包括在z(垂直)方向上具有磁矩的磁铁45b。在框架主体3的侧壁上，设置两个固定磁铁45a，它们垂直排列在对应于所需双稳态位置的两个位置处。或者，可以在镜筒2上设置两个可移动磁铁45b，而在框架主体3上设置一个固定磁铁45a。因此，在本发明的另一个实施例中，提供了一种致动器组件1，其中多稳态定位机构4包括附接到可移动元件2和框架主体3的多个磁铁45a、45b，用于定义至少两个稳定位置。此外，多个磁铁45a、45b可以包括附接到可移动元件2的第一组磁铁，其具有与附接到框架主体3的第二组磁铁相对的磁极。或者换言之，在一个实施例中，多个磁铁45a、45b包括第一组磁铁和第二组磁铁，其中第一组磁铁附接到可移动元件2和框架主体3中的一个，其中第二组磁铁附接到可移动元件2和框架主体3中的另一个，其中第一组磁铁具有与第二组磁铁相对的磁极，其中第一组磁铁包括至少两个磁铁，第二组磁铁包括至少一个磁铁。或者，多个磁铁45a、45b包括第一组磁铁和第二组磁铁，其中第一组磁铁附接到可移动元件2和框架主体3中的一个，其中第二组磁铁附接到可移动元件2和框架主体3中的另一个，其中第一组磁铁具有与第二组磁铁相似的磁矩取向，其中第一组磁铁包括至少两个磁铁，第二组磁铁包括至少一个磁铁。[0108]当可移动磁铁45b与固定磁铁45a之一对齐时，两个磁铁45a、45b的系统的磁通量基本闭合，导致静磁能(即由磁铁的磁铁力矩产生的势能)最小。当可移动磁铁45b稍微远离这两个位置之一时，静磁能快速增加，然后逐渐回落至零。这意味着，当可移动磁铁45b稍微远离对齐位置时，会有磁力将其拉回到该对齐位置。这在两个双稳态位置周围生成了势阱。因此，可以将镜筒2保持在这些位置之一而不消耗动力。[0109]当该磁性双稳态机构4与sma线5a、5b结合使用时，致动器组件1必需以最大力将镜筒2拉离势阱的底部。一旦它在阱之间，所需的力就会大大降低。当sma致动器组件1进一步使镜筒2靠近第二势阱(第二双稳态位置)时，磁场将帮助拉动镜筒2到第二双稳态位置而无需外力。[0110]对于磁性双稳态机构4，可以有其他若干替代方案。在替代方案之一中，所有三个磁铁45a、45b的磁矩都指向相同的水平方向(参见图12a-12b中示意性示出的示例性实施例)。当可移动磁铁45b与固定磁铁45a之一对齐时，系统静磁能也变得最小，这产生了双稳态位置。在另一个替代方案中，可移动磁铁45b或两个固定磁铁45a被替换为一个软铁磁片(或多个)。铁磁片被磁铁吸引，这也产生了双稳态位置。[0111]在又一个替代方案中，磁性双稳态机构4可以与上文讨论的位置感测系统组合。根据该替代方案的系统包括两个可移动磁铁45b和一个固定磁铁45a，参见图13a-13b中所示的另一个示例性实施例的示意图。磁传感器15a(例如霍尔传感器)放置在可移动磁铁45b之一和固定磁铁45a之间的间隙中的固定位置。当镜筒2处于任一双稳态位置时，霍尔传感器给出最大信号，并且随着镜筒2远离双稳态位置，信号减小。在该配置中，磁铁45a、45b的使用在双稳态机构和位置感测中共享。然而，磁传感器15a的灵敏度应该选择为使得当镜筒2处于双稳态位置时传感器不饱和，因为在这种情况下磁场强。[0112]如图12a-12b和图13a-13b的示例性实施例所示，因此，在另一组实施例中，多个磁铁45a、45b可以包括附接到可移动元件2的第一组磁铁，其具有与附接到框架主体3的第二组磁铁相似的磁铁方向。[0113]在又一个实施例中，位置感测系统可以基于不同的原理，例如光学原理。即，位置传感器(15)包括光学传感器(15d-f)。示例性实施例的示意图如图14a-14b所示。作为示例，根据该替代方案的位置感测系统可以具有一个光发射元件15d(例如led)和一个光接收元件15e(例如光电二极管)，它们彼此相邻地位于框架主体3(例如模组外壳)的侧壁上。沿z方向(垂直轴)在可移动镜筒2上安装有两个反射器15f，其相互距离等于焦距位置之间的距离。当光发射/接收对15d、15e与反射器15f之一对齐时，由于高反射，光接收元件15e接收到的辐照度(也就是其输出信号)是最大的。在远离这两个对齐位置的其他地方，输出信号很小，这与上述基于磁性的感测系统的信号相似。通过这种方式，可以检测镜筒2的位置，并且可以用于防止sma线5a、5b由于移动阻塞而劣化。[0114]如上所述，当位置感测系统是基于光学时，它可以与磁性双稳态定位机构4组合。也就是说，致动器组件1还包括上述的光发射元件15d、光接收元件15e以及两个反射器15f。[0115]上面已经参照附图中所示的多个示例性实施例描述了本发明。一些部件或元件的修改和替代实施是可能的，并且包括在所附权利要求中定义的保护范围内。当前第1页12当前第1页12