KR20230111210A - 액추에이터 어셈블리 - Google Patents

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KR20230111210A
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force
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로버트 랭혼
로빈 에딩턴
제임스 하워스
앤드류 벤자민 심슨 브라운
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캠브리지 메카트로닉스 리미티드
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Abstract

지지 구조; 상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분; 상기 지지 구조 및 상기 가동 부분에 각각 부착된 제1 포션 및 제2 포션을 갖는 적어도 하나의 SMA 와이어; 상기 SMA 와이어는 수축 시 적어도 상기 SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면이 연장되는 주축에서 상기 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성됨 - ; 상기 제1 포션과 상기 제2 포션 사이의 위치에서 상기 SMA 와이어와 맞물리는 중간 컴포넌트를 포함하고, 상기 SMA 와이어의 상기 제2 포션은 상기 주축 및 상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션 모두에 대해 비스듬한 각도로 어레인지되는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리.

Description

액추에이터 어셈블리
본 출원은 액추에이터 어셈블리, 특히 하나 이상의 형상 기억 합금(SMA) 와이어를 포함하는 액추에이터 어셈블리에 관한 것이다.
WO 2011/104518A1은 SMA 와이어를 사용하여 지지 구조 상에서 지지되는 가동 부분을 이동시키는 액추에이터 어셈블리를 설명한다. 예를 들어, 광학 이미지 안정화 및/또는 자동 초점(AF)을 제공한다. 이 예에서는 8개의 SMA 와이어가 개념상(notional) 주축(또는 광축)을 기준으로 기울어진 상태로 주축을 중심으로 4면 각각에 SMA 와이어들의 페어와 함께 어레인지된다. SMA 와이어는 수축 시 4개의 SMA 와이어로 구성된 두 그룹이 주축을 따라 반대 방향의 컴포넌트에 힘을 가해 주축을 따라 움직이도록 연결된다. 각 그룹의 SMA 와이어는 주축을 중심으로 2중 회전 대칭을 이루므로 SMA 와이어가 서로 마주보고 있어 측면 이동에 영향을 준다.
현재 스마트폰 카메라는 더 나은 이미징 성능을 달성하기 위해 더 큰 직경의 렌즈를 선호하는 경향이 있다. 그러나 더 크고 무거운 렌즈를 사용하려면 더 큰 렌즈 공간을 수용하기 위해 더 큰 액추에이터 어셈블리를 사용해야 한다. 또한 렌즈 크기의 증가는 무브먼트 스트로크와 파워 출력 모두의 증가를 요구한다.
예를 들어 WO 2011/104518A1과 같은 종래 기술의 액추에이터 어셈블리에서, 액추에이터의 높이는 전형적으로 그 풋프린트에 따라 증가한다. 이는 액추에이터가 광축을 따라 SMA 와이어에서 제어되지 않는 공진을 방지하는 데 필요한 '최소 와이어 각도'가 있기 때문이다. 따라서 액추에이터 어셈블리의 높이(또는 두께)가 스마트폰 카메라에서 중요하기 때문에 이러한 디자인은 더 큰 렌즈를 지원하는 데 적합하지 않을 수 있다.
요약하면, 본 발명은 액추에이터 어셈블리의 높이가 더 큰 렌즈를 수용하기 위해 풋프린트로부터 디커플링되는(decoupled) 것을 허용한다. 따라서 모바일 전자 장치가 까다로운 높이 요구 사항을 충족할 수 있다. 또한 주어진 공간 범위 내에서 광학 이미지 안정화(OIS) 스트로크를 자동 초점(AF) 스트로크로 또는 그 반대로 교환할 수 있는 더 큰 유연성을 제공할 수 있다.
본 실시예의 제1 양태에 따르면, 다음을 포함하는 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리가 제공된다:
지지 구조;
상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분;
상기 지지 구조 및 상기 가동 부분에 각각 부착된 제1 포션(first portion) 및 제2 포션(second portion)을 갖는 적어도 하나의 SMA 와이어 - 상기 SMA 와이어는 수축 시 적어도 상기 SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면이 연장되는 주축에서 상기 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성됨 - 를 포함하고, 상기 제1 포션과 상기 제2 포션 사이의 위치에서 상기 SMA 와이어와 맞물리는 중간 컴포넌트를 포함하고, 상기 SMA 와이어의 상기 제2 포션은 상기 주축 및 상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션 모두에 대해 비스듬한 각도로 어레인지된다.
SMA 액추에이터 어셈블리는 카메라 어셈블리 또는 휴대폰용 마이크로 액추에이터일 수 있다. 가동 부분은 길이 방향 축을 따라 광축을 갖는 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 SMA 액추에이터 어셈블리는 카메라 어셈블리를 위한 광학 이미지 안정화(OIS), 자동 초점(AF) 및 줌(zoom) 중 하나 이상을 제공한다.
SMA 액추에이터 어셈블리는 하나 이상의(예를 들어, 세장형) SMA 와이어를 포함할 수 있고 가동 부분(예를 들어 렌즈 캐리지)을 직접적으로 또는 플렉셔에 의해 연결할 수 있다. 후자의 경우 SMA 와이어의 수축으로 인한 움직임이 플렉셔를 통해 전달될 수 있다.
'형상 기억 합금(SMA) 와이어'라는 용어는 SMA를 포함하는 모든 요소를 의미할 수 있다. 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 컴포넌트들도 함유할 수 있다. SMA 와이어는 애플리케이션에 적합한 단면 프로파일과 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 각각 단면 직경이 25μm, 30μm 또는 35μm일 수 있으며, SMA 와이어의 변형을 안전 한도 내에서 유지하면서(예: 원래 길이보다 길이가 2~3% 감소) 120mN ~ 400mN의 최대 힘을 생성할 수 있다. 각 SMA 와이어의 직경을 25μm에서 35μm로 늘리면 SMA 와이어의 단면적이 약 두 배로 늘어나므로 각 SMA 와이어에 의해 제공되는 힘이 약 두 배로 늘어난다.
SMA 와이어의 제1 포션 및 제2 포션은 각각 지지 구조 및 가동 부분에 부착되며, 이러한 부착은 당업자에게 알려진 임의의 적절한 수단(예: 용접, 접착제 및 압착)에 의해 달성될 수 있다.
SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면(shortest side)은 주축을 따라 연장된다. 보다 구체적으로, SMA 액추에이터 어셈블리는 3개의 축을 포함할 수 있고 주축은 SMA 액추에이터 어셈블리의 가장 작은 치수를 따라 정의될 수 있다. 따라서 SMA 액추에이터 어셈블리는 주축에서 가장 얇을 수 있다.
SMA 와이어의 제2 포션은 SMA 와이어의 제1 포션 및 주축 모두에 대해 비스듬한 각도로 어레인지될 수 있다. 즉, SMA 와이어의 제2 포션은 SMA 와이어의 제1 포션 및 주축에 대해 평행하지도 직각이지도 않게 어레인지될 수 있다.
중간 컴포넌트는 제1 부분과 제2 포션 사이의 위치에서 SMA 와이어를 맞물리거나 지지하도록 구성된다. 따라서, 중간 컴포넌트에 의해 제공되는 지지에 의해 두 부분 사이에 비스듬한 각도가 형성된다.
SMA 와이어는 수축 시 적어도 주축에서 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성된다. 그러나 SMA 와이어는 다른 방향, 예를 들어 주축에 수직하는 방향으로 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성될 수도 있다.
복수의 SMA 컴포넌트는 한 쌍의 SMA 와이어, 개별적으로 또는 쌍으로 어레인지된 4개의 SMA 와이어, 개별적으로 또는 4개 그룹으로 어레인지된 8개의 SMA 와이어를 포함할 수 있다. 복수의 SMA 와이어는 가동 부분의 4면 주위에 고르게 분포되는 것이 바람직하다. SMA 와이어는 광축을 중심으로 2중 또는 4중 대칭으로 어레인지되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 상기 SMA 와이어는 수축 시 추가로 주축에 수직하는 방향으로 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성된다. 따라서, 8개의 SMA 와이어가 SMA 액추에이터 어셈블리(WO 2011/104518A1에 개시된 액추에이터 어셈블리와 유사함)에 사용될 때, 그들은 함께 임의의 방향으로 가동 부분에서 이동을 지시하도록 구성된다.
선택적으로, 제2 포션은 주축에 대해 제1 포션의 각도보다 작은 각도로 연장된다. 유리하게는, 이러한 배열은 액추에이터의 치수에 관계없이 광축을 따라 제어되지 않은 공진을 방지하기에 충분한 '최소 와이어 각도'보다 큰 각도로 가동 부분(moveable part)에 부착된 SMA 와이어의 제2 포션을 허용한다. '최소 와이어 각도'는 주축 또는 주축에 수직하는 축에 대해 8도 이상 또는 10도 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 액추에이터의 풋프린트를 증가시키면서, SMA 와이어 길이의 증가는 측방향으로 연장되는(또는 약간 기울어진) 제1 포션만을 연장시킨다. 제2 포션은 SMA 와이어의 전체 길이가 길어지더라도 WO 2011/104518A1에 개시된 것과 같은 공지된 액추에이터와 동일한 각도 또는 더 예리한 각도로 유지될 수 있다.
선택적으로 제2 포션의 범위는 주축을 따라 제1 포션의 범위보다 크다. 따라서 유리하게 SMA 와이어의 제1 포션을 길게 하는 것은 액추에이터의 높이를 크게 증가시키지 않을 수 있다.
선택적으로, 제1 포션은 제2 포션보다 길이가 더 길다. 따라서 유리하게 SMA a 와이어의 길이는 액추에이터의 높이로부터 디커플링(decoupled)될 수 있다.
선택적으로, 제1 포션은 주축에 대해 실질적으로 수직으로 또는 그에 대해 예각으로 연장된다. 예를 들어, 한 쌍의 대향하는 SMA 와이어가 가동 부분을 반대 방향으로 구동하도록 제공되는 경우, 그들의 각각의 제1 포션은 서로 평행하게 연장될 수 있다. 따라서 유리하게는 그러한 배열은 주축에 수직하는 방향에서 보았을 때 SMA 와이어가 서로 교차하는 것을 방지하여 SMA 와이어 사이의 접촉 또는 마찰의 위험을 감소시킬 수 있다.
선택적으로 중간 컴포넌트는 지지 구조로부터 연장된다. 예를 들어, 중간 컴포넌트는 액추에이터 어셈블리의 베이스로부터 돌출하고 주축을 따라 연장되는 포스트일 수 있다. 보다 구체적으로, 중간 컴포넌트는 제1 포션과 제2 포션 사이의 경계를 정의함으로써 제1 포션과 제2 포션 사이의 오정렬을 야기한다. 복수의 SMA 와이어가 있는 실시예에서, 각각의 SMA 와이어에 대해 하나의 중간 컴포넌트가 제공될 수 있거나 모든 SMA 와이어에 대해 단일 중간 컴포넌트가 있을 수 있다.
선택적으로, 중간 컴포넌트는 주축에 수직하는 방향으로 가동 부분의 무브먼트 범위를 정의하기 위한 엔드 스톱을 포함한다. 예를 들어, 중간 컴포넌트가 지지 구조에서 연장됨에 따라 가동 부분의 무브먼트 범위를 정의하는 엔드 스톱 역할을 추가로 수행할 수 있다. 유리하게는, 그러한 배열은 액추에이터에 존재할 수 있는 엔드 스톱를 사용하기 때문에 중간 컴포넌트를 형성하기 위한 추가 부분을 필요로 하지 않을 수 있다.
선택적으로 SMA 와이어는 선택적으로 롤러에 의해 지지 컴포넌트에서 슬라이딩 방식으로 지지된다. 보다 구체적으로, 지지 컴포넌트는 SMA 와이어를 지지하기 위한 롤러 또는 후크를 포함할 수 있다. 예를 들어, SMA 와이어는 SMA 와이어의 길이를 따라 롤러 또는 후크에서 미끄러질 수 있으므로 그에 따라 제1 및 제2 포션의 각각의 길이(또는 비율)가 변경된다. 유리하게는, 그러한 배열은 SMA 와이어와 지지 구조 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다.
선택적으로, 지지 컴포넌트는 SMA 와이어를 지지하기 위한 플렉셔를 포함하고, 플렉셔는 SMA 와이어가 연장되는 평면을 따라 컴플라이언트한다. 예를 들어, SMA 와이어는 플렉셔의 단부에 고정적으로 부착될 수 있다. 수축 시 플렉셔의 단부가 지지 구조의 고정 지점을 중심으로 피봇할 수 있다. 유리하게는, 플렉셔는 동력이 공급되지 않은 SMA 와이어가 냉각되면 가동 부분이 기본 위치로 복귀하도록 허용할 수 있다.
선택적으로 SMA 와이어의 수축 정도는 가동 부분의 변위보다 훨씬 적다. 예를 들어, 플렉셔는 주어진 길이의 SMA 와이어로 가동 부분의 무브먼트(또는 스트로크)을 증폭시킬 수 있다.
선택적으로 플렉셔는 SMA 와이어의 제1 포션에 대해 0이 아닌 각도로 연장되며, 상기 각도는 SMA 와이어에 의해 달성 가능한 변위를 결정한다. 예를 들어, SMA 와이어의 제1 포션과 플렉셔 사이의 각도가 작을수록 가동 부분에서 더 큰 변위가 발생할 수 있으며, 이는 줌 애플리케이션에서 특히 유용한다. 상기 조정은 수동으로 이루어지거나 제어기에 의해 제어될 수 있거나 액추에이터가 설치되는 카메라의 유형에 맞게 제조 공정 중에 설정될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 다음을 포함하는 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리가 제공된다.
서로에 대해 이동 가능한 제1 및 제2 부분; 및
하나 이상의 작동 유닛을 포함하고, 각각의 작동 유닛은,
상기 제1 부분에 연결된 힘 조절 메커니즘;
상기 힘 조절 메커니즘과 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 작동력을 가하도록 하기 위해 상기 제1 부분과 상기 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되는 SMA 와이어를 포함하고,
상기 하나 이상의 작동 유닛은 적어도 상기 SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면이 연장되는 주축을 따라 상기 제1 부분에 대한 상기 제2 부분의 무브먼트를 구동하도록 어레인지되는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리.
바람직하게는, 제1 부분은 지지 구조를 포함하고 제2 부분은 가동 부분을 포함한다. 힘 조절 메커니즘은 플렉셔(flexure) 장치에 의해 구현될 수 있으며, 여기서 커플링 링크는 플렉셔 암에 의해 구현될 수 있다.
선택적으로 SMA 와이어는 주축에 대해 0이 아닌 각도로 배열된다.
본 발명의 제1 양태의 실시예와 비교하여, SMA 와이어의 제2 포션은 제2 양태에 따른 힘 조절 메커니즘으로 대체될 수 있다. 바람직하게는, 힘 조절 메커니즘을 사용하면 SMA 와이어가 주축에 실질적으로 수직하는 방향으로 연장되거나 적어도 공지된 액추에이터 어셈블리에 비해 더 얕은 각도로 기울어지도록 허용함으로써 액추에이터 어셈블리의 전체 높이로부터 SMA 와이어의 길이를 디커플링할 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. 보다 일반적으로 제2 거리는 SMA 와이어의 길이 변화보다 크다. 이러한 배열은 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. 보다 일반적으로 제2 거리는 SMA 와이어의 길이 변화보다 작다. 예를 들어, 이러한 배열은 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. 추가로 또는 대안적으로, 힘 조절 메커니즘의 적어도 일부에서 회전을 통해, 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.
일부 실시예에서, 커플링 링크는 작동력을 제2 부분에 전달하는 일차적인 책임이 있는 컴포넌트로 간주될 수 있다. 커플링 링크는 작동력을 제2 부분에 전달하고 작동력의 방향에 수직하는 방향으로 컴플라이언스(compliance)를 제공하는 이중 기능을 수행할 수 있는 임의의 요소 또는 배치로 구현될 수 있다.
선택적으로 커플링 링크는 플렉셔이거나 플렉셔를 포함한다. 플렉셔는 세장형일 수 있고 플렉셔의 길이를 따라 강성일 수 있으며 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이어트할 수 있다. 즉, 커플링 링크는 무브먼트 평면에서, 특히 작동력에 직교하는 방향으로 쉽게 벤딩되도록 구성되지만 다른 방향에서는 강성이거나 컴플라이언트하지 않을 수 있는 플렉셔 암(flexure arm)으로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 작동 유닛에서, SMA 와이어는 액추에이터 어셈블리의 한 코너에서 또는 그 근처에서 제1 부분에 연결될 수 있고 액추에이터 어셈블리의 인접한 코너에서 또는 그 근처에서 힘 조절 메커니즘에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 작동 유닛에서, 커플링 링크는 적어도 하나의 벤드(bend)를 포함할 수 있다. 벤드는 예를 들어 180°의 헤어핀 벤드일 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 작동 유닛에서, 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어가 인장될 때 커플링 링크가 압축되도록 구성될 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 수직하는 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 무브먼트를 구속할 수 있다. 이미지 센서에서 광축은 이미지 센서의 감광면(light-sensitive surface)에 수직하는 축으로 간주될 수 있다. 커플링 링크는 주축에 수직하는 방향으로 무브먼트를 구속하는 미리 형성된 플렉셔 암일 수 있다.
대안적으로, 커플링 링크는 커플링 링크가 무브먼트 평면에서 피봇할 수 있도록 하는 핀 조인트(pin joints)를 갖는 로드(rod)와 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 와이어에 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 베어링하는 롤러 또는 볼과 같은 롤링 요소를 포함할 수 있다. 따라서 롤링 베어링은 가동 부분과 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되고 롤링 요소를 통해 가동 부분에 작동력을 가하도록 배치된다. 롤링 베어링은 작동력에 수직하는 롤링 요소의 롤링을 허용함으로써 작동력의 방향에 수직하는 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 부분 상에서의 베어링 표면과 힘 조절 메커니즘의 보완 베어링 표면을 포함하며, 두 개의 베어링 표면은 서로에 대해 슬라이딩할 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 수직하는 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.
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. 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 바람직하다.
선택적으로 힘 조절 메커니즘은 다음을 포함한다.
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 플렉셔.
가동부(moveable portion)는 플렉셔 바디(flexure body)로 지칭될 수 있다.
선택적으로, 예를 들어, 힘 조절 메커니즘 및 커플링 링크가 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 커플링 링크 및 힘 조절 플렉셔 중 적어도 하나는 가동부의 무브먼트를 용이하게 하기 위해 다른 방향보다 주축을 따르는 방향에서 더 낮은 강성을 갖도록 구성된다.
선택적으로, 예를 들어 힘 조절 메커니즘이 플렉셔를 포함하는 실시예에서, 힘 조절 플렉셔는 세장형이고 그 길이를 따라 뻣뻣하며 그 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이언트적이다.
선택적으로 가동부, 커플링 링크 및 힘 조절 플렉셔 중 둘 또는 모두가 개별적으로 형성될 수 있다. 실시예에서, 힘 조절 플렉셔는 커플링 링크 및/또는 힘 조절 플렉셔에 대해 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 가동부는 단단하거나 적어도 커플링 및/또는 힘 조절 플렉셔보다 더 높은 강성을 가질 수 있다. 실시예에서, 가동부는 용접, 접착제 및 기계적 수단과 같은 임의의 적절한 부착 수단에 의해 커플링 링크 및/또는 힘 조절 플렉셔에 부착될 수 있다. 대안적으로, 가동부는 힘 조절 플렉셔 및/또는 커플링 링크와 일체로 형성된다. 유리하게는, 그러한 배치는 더 낮은 생산 비용뿐만 아니라 더 효율적인 제조 공정을 초래할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 SMA 와이어는 가동 부분 또는 제2 부분에서 제1 방향 및 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 각각 무브먼트를 구동하도록 구성된 제1 SMA 와이어 및 제2 SMA 와이어를 포함한다.
선택적으로, 적어도 하나의 SMA 와이어는 4쌍의 SMA 와이어를 포함하고, 여기서 4쌍의 SMA 와이어는 주축 주위에 2중 대칭, 예를 들어 2중 회전 대칭으로 배열된다.
선택적으로 가동 부분 또는 제2 부분은 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 주축은 하나 이상의 렌즈의 광축일 수 있다. 예를 들어, 가동 부분 또는 제2 부분 상에 지지될 때, 하나 이상의 렌즈는 지지 구조 또는 제1 부분 상의 이미지 센서에 대해 이동 가능할 수 있다.
선택적으로 가동 부분 또는 제2 부분은 이미지 센서를 포함한다. 주축은 이미지 센서의 감광 영역에 수직하는 축일 수 있다. 이미지 센서는 다른 가동 부분 또는 제2 부분, 또는 지지 구조 또는 제1 부분에서 지지되는 하나 이상의 렌즈에 대해 이동 가능할 수 있다.
본 발명의 제1 양태로부터의 특징은 제2 양태에서의 임의의 특징과 조합될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 예시로만 설명될 것이다.
도 1은 카메라에서의 공지된 SMA 액추에이터 와이어 배열의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 각각의 측면도 및 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상이한 확인(confirmations)에서의 SMA 액추에이터 와이어 배열의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 9a 및 9b는 각각 본 발명의 제8 및 제9 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 제11 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 제12 실시예에 따른 SMA 액추에이터의 측면도이다.
도 1은 소형 카메라에서의 공지된 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 와이어 배열(10)의 분해도를 도시한다. SMA 액추에이터 배열(10)은 이미지 센서를 장착하기 위한 통합 섀시 및 센서 브래킷인 지지 구조(11)와 지지 구조(11)에 부착된 스크리닝 캔(12)을 포함하는 지지 구조(5)를 포함한다. SMA 액추에이터 배열(10)은 적어도 하나의 렌즈(미도시)를 운반하는 렌즈 캐리지(13)를 포함하는 카메라 렌즈 어셈블리인 가동 부분(6)을 포함한다.
일부 다른 실시예에서, 지지 구조(11)는 적어도 하나의 렌즈(미도시)를 운반하는 렌즈 캐리지(13)를 포함하는 카메라 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있고, 가동 부분(13)은 이미지 센서를 장착하기 위한 센서 브래킷을 포함할 수 있다. 즉, 이러한 대안적인 실시예에서, 이미지 센서는 (고정 또는 이동 가능) 렌즈에 대해 이동 가능하다.
이 예에서, 액추에이터(10)는 고정 부분(5)과 가동 부분(6) 사이에 각각 부착된 8개의 SMA 와이어(2)를 포함한다. 서로 교차하는 한 쌍의 SMA 와이어들(2)은 광축을 따라 보이는 바와 같이 SMA 액추에이터 장치(10)의 네 측면들 상에 각각 제공된다. SMA 와이어(2)는 가열 시 수축하는 구성으로 고정 부분(5)과 가동 부분(6)에 부착되어 가동 부분(5)의 상대적인 움직임을 다중 자유도로 제공하여 자동 초점(AF)과 광학 이미지 안정화(OIS)를 모두 제공한다.　
따라서, 각 쌍의 SMA 와이어(2)에 대해, SMA 와이어(2)는 SMA 와이어(2)를 고정 부분(5)에 부착하기 위해 고정 부분(5)에 자체 장착되는 2개의 고정 장착부(15)에 일 단부에서 부착된다. 고정 장착부(15)는 서로 인접하지만 상이한 전위에 있도록 분리되어 있다.
유사하게, 각 쌍의 SMA 와이어(2)에 대해, SMA 와이어(2)는 SMA 와이어(2)를 가동 부분(6)에 부착하기 위해 가동 부분(6)에 자체 장착되는 이동 장착부(16)에 일 단부에서 부착된다. 가동 부분(6)은 가동 부분(6)에서 SMA 와이어(2)를 함께 전기적으로 연결하기 위해 각각의 이동 장착부(16)에 연결된 전도성 링(17)을 더 포함한다.　
고정 장착부(15) 및 이동 장착부(16)는 크림프 내로 형성될 수 있고 SMA 와이어(2)를 홀딩하는 데 사용될 수 있는 크림프 탭(23)을 포함한다. 이동 장착부(16)는 전도성 링(17)에 대한 전기 연결을 제공하기 위한 전기 연결 탭(31)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 예에서, 크림프 내로 형성된 크림프 탭(23)은 액추에이터 배열(10)의 고정부 및 가동부의 일체형 부분이다. 크림프를 형성하고 크림프 탭(23) 내에 SMA 와이어를 트래핑(trapping)하는 방법은 국제 특허 공개 번호 WO2016/189314에 설명되어 있다.
SMA 와이어(2)는 수축 시 4개의 SMA 와이어(2)로 구성된 두 그룹이 주축을 따라 반대 방향의 컴포넌트에 힘을 제공하여 주축을 따라 이동하도록 연결된다. 각 그룹의 SMA 와이어는 주축을 중심으로 2중 회전 대칭을 이루므로 SMA 와이어가 서로 마주보고 있어 측면 이동에 영향을 준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 SMA 와이어(2)가 광축을 중심으로 4면 각각에 제공되고 광축에 비스듬히 연장된다. 광축을 따라 SMA 와이어(2)에서 제어되지 않은 공진을 방지하기 위해 액추에이터가 필요로 하는 '최소 와이어 각도'가 있다. 따라서, 그러한 와이어 배열을 유지하고 상기 제어되지 않은 공진을 방지하기 위해, 액추에이터의 높이는 일반적으로 스케일-업(scale-up) 중에 증가한다. 따라서, 액추에이터 어셈블리의 높이(또는 두께)가 중요하다면 이러한 알려진 디자인은 더 큰 렌즈에 적합하지 않을 수 있다.
실제로, SMA 와이어(2)에 전원이 공급되지 않을 때, 즉 SMA 액추에이터(10)의 전원이 꺼지고 SMA 와이어가 충분히 냉각되면 더 이상 장력을 받지 않을 수 있다. 따라서, 대부분의 경우, 비통전(unenergized) SMA 와이어(2)에서 어느 정도의 느슨함이 관찰될 수 있다. 이로 인해 SMA 와이어와 렌즈 캐리지가 자유롭게 움직일 수 있다. SMA 와이어(2)는 측면에서 볼 때 교차되어 있기 때문에 이러한 자유 무브먼트로 인해 SMA 와이어가 서로 접촉하고 마찰되어 와이어의 광범위한 마모(abrasion) 및 웨어(wear)가 발생할 수 있다.
본 발명은 풋프린트와 액추에이터의 높이를 디커플링하기 위한 다양한 수단을 제공한다. 일부 실시예에서, 본 발명은 와이어 마모를 감소시키거나 제거할 수 있다. 수단은 함께 또는 각각 자체적으로 적용될 수 있으며, 여기서 수단은 기울어진 SMA 와이어를 갖는 임의의 SMA 액추에이터 배열에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SMA 액추에이터(210)를 도시한다. 액추에이터(210)의 측면에서 볼 때 가동 부분(213)과 베이스(211)를 연결하는 한 쌍의 SMA 와이어(202)가 제공된다. 비교를 쉽게 하기 위해, 도 1의 공지된 실시예에 사용된 SMA 와이어(2)도 점선으로 도시되어 있다.
도 2에서, 한 쌍의 SMA 와이어(202)가 각각의 롤러(222)에 의해 지지되거나 적어도 간섭되는 것이 도시되어 있다. 롤러(222)는 지지 구조(211)로부터 광축(O)을 따른 방향으로 연장되는 지지 컴포넌트(220) 상에 제공된다. 롤러(222)는 지지 컴포넌트(220)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 이들은 지지 컴포넌트(220)에 대해 슬라이딩할 때 SMA 와이어(202)에서 웨어뿐만 아니라 마찰을 감소시키는 역할을 한다.
일부 실시예에서, 롤러는 회전 불가능한 지지대로 대체될 수 있다. 즉, 이들 실시예에서, SMA 와이어는 후크와 같은 그들 각각의 회전 불가능한 지지대의 접촉 표면 상에서 직접적으로 슬라이딩할 수 있다. 마찰과 웨어를 줄이기 위해 접촉면에는 희생 코팅 및/또는 폴리머 코팅, 연마된 표면, 윤활제 또는 기타 적절한 마찰 감소 수단과 같은 마찰 감소 수단이 제공될 수 있다.
지지 컴포넌트(220)는 지지 구조(211)의 표면에 접착 또는 기계적 연결 수단과 같은 공지된 방법에 의해 부착되는 추가 컴포넌트일 수 있다. 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 컴포넌트(220)는 지지 구조(211)와 일체로 형성된다. 유리하게는, 그러한 배열은 제조 공정의 복잡성을 감소시킬 뿐만 아니라 지지 컴포넌트(220)의 견고성을 향상시킨다.
지지 컴포넌트(220)는 추가로 가동 부분(213)에 대한 측방향 엔드 스톱 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 지지 컴포넌트(220)는 가동부(213)의 측면 이동의 한계를 정의한다. 예를 들어, 가동 부분이 그러한 한계에 도달하면, 지지 컴포넌트(220)는 그 측면에 접하고 따라서 이동 방향으로의 추가 이동을 중단한다. 소음을 줄이고 갑작스러운 무브먼트의 변화를 완화(dampen)하기 위해, 가동 부분(213) 및/또는 지지 컴포넌트(220)의 측면 표면에는 탄성 중합체 레이어, 폼(foam), 댐핑 젤(damping gel) 또는 기타 적합한 댐퍼와 같은 적합한 댐퍼가 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 롤러(211)는 지지 구조(220) 상의 각각의 크림프(223)와 실질적으로 동일한 레벨에 위치된다. 이와 같이, SMA 와이어의 제1 포션(202a)은 광축에 실질적으로 수직하는 방향으로 연장된다. 그러나, 일부 다른 실시예에서, 롤러는 광축을 따라 각각의 크림프에 대해 상이한 위치에 위치될 수 있고, 따라서 SMA 와이어는 광축에 대해 기울어질 수 있다.
SMA 와이어(202)가 롤러(211)에 의해 지지되거나 간섭되기 때문에, SMA 와이어의 제2 포션(202b)은 대응하는 제1 포션(202a)에 대해 비스듬히 어레인지된다(arranged). 따라서, SMA 와이어의 제2 포션(202a)은 광축(O)에 대해 적어도 기울어져 있다. 점선으로 도시된 종래 기술의 SMA 와이어(2)와 비교하여, 와이어의 제2 포션(202b)은 더 샤프한(sharper) 각도로 연장된다. 따라서 유리하게는 이러한 배열은 공지된 배열에서 특징화된 것보다 SMA 와이어(202)에서의 제어되지 않은 공진에 덜 민감하다.
따라서, 유리하게는 SMA 와이어(202)의 길이는 SMA 액추에이터(210)의 높이로부터 디커플링된다. 예를 들어, 더 크고/또는 더 무거운 렌즈를 수용하기 위해 SMA 액추에이터(210)를 확장할 때, SMA 액추에이터의 높이를 증가시킬 필요 없이 SMA 와이어의 제2 포션(202b)의 길이와 와이어 각도를 유지하면서(예를 들어, 롤러(222)와 각각의 크림프(223)의 분리를 증가시킴) SMA 와이어의 제1 부분(202a)만 길이가 길어진다.
또한, 도 2에 도시된 배열은 SMA 와이어(202)의 제1 포션이 실질적으로 서로 평행하게 연장되도록 한다. 즉, SMA 와이어의 제1 포션(202a)은 액추에이터 측면에서 볼 때 서로 교차하지 않는다. 보다 구체적으로, 느슨해지기 쉬운 SMA 와이어(202)의 더 긴 포션(portions)은 교차하지 않는다. 유리하게는, 그러한 실시예는 마모 손상의 위험을 감소시킬 뿐만 아니라 에너지가 공급되지 않을 때 인접한 SMA 와이어(202) 사이의 단락을 감소시킨다.
다른 실시예에서, SMA 와이어(202)의 제1 포션은 서로 평행하게 연장되지 않을 수 있고, SMA 액추에이터의 측면에서 볼 때 서로 비스듬히 연장 및/또는 교차할 수 있다. 예를 들어, 롤러(222)는 각각의 크림프(223)가 있는 위치 레벨에 있지 않을 수 있고 따라서 SMA 와이어의 제1 포션은 약간 기울어질 수 있다. SMA 와이어의 제1 포션에서 각진(angled) 와이어의 배열로 인해, 그러한 실시예는 약간 감소된 액추에이터 풋프린트를 가질 수 있다.
SMA 액추에이터(210)(및 본 발명에 따른 다른 SMA 액추에이터)는 SMA 액추에이터(10)와 유사하게 배향되고 기능하는 8개의 SMA 와이어(202)를 포함하며, 예를 들어 8개의 SMA 와이어(202)는 가동부(213)의 무브먼트를 모든 방향으로 구동한다. 즉, 함께, SMA 와이어(202)는 주축을 따르는 방향으로, 또는 주축에 수직하는 방향으로, 또는 임의의 다른 방향으로 가동부를 이동시킬 수 있다.
8개의 SMA 와이어(또는, 이하에서 더 논의되는 실시예들에서, 8개의 작동 유닛)에 의해 가동 부분에 가해지는 힘은 도 1과 관련하여 설명된 종래 기술 액추에이터에서의 8개의 SMA 와이어의 배향 또는 배열과 동일한 방식으로 배향 또는 배열될 수 있다.
보다 구체적으로, 힘(예: 공간의 특정 위치에서 벡터로 시각화할 때)은 주축을 중심으로 4개의 측면(즉, 제1 측면, 제2 측면, 제3 측면 및 제4 측면) 각각에 배열된다. 각 측면 상에서의 두 힘은 주축에서 수직으로 볼 때 서로 반대 방향으로 기울어진다. 힘이 배치되는 4면은 주축을 중심으로 루프(loop)로 확장된다. 이 예에서 측면은 수직이므로 주축을 따라 볼 때 정사각형을 형성하지만 대안으로 측면은 다른 모양, 예를 들어 사변형 모양을 취할 수 있다. 이 예에서, 힘은 가동 부분(213)의 정사각형 외피의 외부면에 평행하지만 이것이 필수적인 것은 아니다.
각 측면에 있는 하나의 힘을 포함하여 4개의 힘은 한 방향('위쪽')으로 컴포넌트를 갖는 '제1' 그룹을 형성하고 나머지 4개의 힘은 반대 방향('아래로')으로 컴포넌트를 갖는 '제2' 그룹을 형성한다. 여기서 '위'와 '아래'는 일반적으로 주축을 따르는 반대 방향을 의미한다.
힘은 크기와 경사각이 동일한 대칭 배열을 가지므로 힘들의 제1 그룹과 힘들의 제2 그룹은 각각 주축을 중심으로 2중 회전 대칭으로 배열된다.
이러한 대칭 배열의 결과로서, 힘들의 상이한 조합은 다음과 같이 다수의 자유도로 가동 부분(213)의 무브먼트를 구동할 수 있다.
힘의 제1 그룹이 함께 생성되면 위로 이동하고 힘의 제2 그룹이 동일하게 생성되면 아래로 이동한다.
각 그룹 내에서 힘들의 인접한 쌍은 차별적으로(differentially) 생성될 때 주축 z에 수직하는 측방향 축을 중심으로 틸팅(tilting)을 구동한다. 임의의 방향으로의 기울기는 2개의 측방향 축에 대한 기울기의 선형 조합으로 달성될 수 있다.
각 그룹으로부터의 두 가지 힘을 포함하여 네 가지 힘 세트가 함께 생성될 때 주축 z에 수직하는 측방향 축을 따르는 무브먼트를 구동한다. 주축 z에 수직하는 임의의 방향으로의 이동은 2개의 측방향 축을 따르는 무브먼트의 선형 조합으로서 달성될 수 있다.
SMA 액추에이터는 다른 특정 배열을 가질 수 있다.
제어 회로는 예를 들어 WO 2011/104518 A1(법률이 허용하는 최대 범위까지 참조로 통합됨)에 설명된 바와 같이 이러한 무브먼트를 구동하기 위해 구동 전류를 공급하기 위해 SMA 와이어에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 SMA 액추에이터(310)의 측면도 및 평면도를 도시한다. 액추에이터(310)의 측면에서 볼 때 가동 부분(313)과 베이스(311)를 연결하는 한 쌍의 SMA 와이어(302)가 제공된다. SMA 액추에이터(310)의 평면도에서 볼 때, SMA 액추에이터(310)의 각 측면에 각각 4쌍의 SMA 와이어(302)가 제공되며, SMA 액추에이터(310)의 반대편에 있는 SMA 와이어(302)는 수축 시 반대 방향으로 가동 부분(313)의 무브먼트를 구동할 수 있다.
도 3a에서, 한 쌍의 SMA 와이어(302)가 플렉셔(322)에 의해 지지되거나 적어도 간섭되는 것이 도시되어 있다. 이 실시예에서, SMA 와이어의 각 부분에서의 SMA 와이어(302)는 측면에서 볼 때 서로 교차하여 액추에이터의 풋프린트를 감소시킨다. 그러나, 다른 실시예에서, SMA 와이어(302)의 일부 또는 각각의 쌍에 있는 SMA 와이어는 도 2에 도시된 배열과 유사한 방식으로 서로 평행하게 그리고 실질적으로 광축에 수직하는 방향으로 연장될 수 있다.
SMA 와이어(302)는 임의의 적절한 수단, 예를 들어 접착제 또는 기계적 수단에 의해 플렉셔(332)의 접촉 표면에 고정되게 부착된다. 더욱이, SMA 와이어(302)의 장력은 플렉셔(332)를 그들의 고정 지점을 향해 압축하고, 이는 차례로 SMA 와이어(302)를 접촉 표면에 리테이닝하는 것을 돕는다.
플렉셔(322)는 각각의 고정 지점(322b)에서 광축(O)을 따라 지지 구조(311)로부터 연장되는 지지 컴포넌트(320)에 고정되는 플렉셔 암(322a)을 포함한다. 도 1의 제1 실시예와 유사하게, 지지 컴포넌트(220)는 가동 부분(313)에 대한 엔드 스톱은 측방향 무브먼트의 한계를 정의한다.
플렉셔(322)는 SMA 와이어(302)가 연장되는 광축(O)에 평행한 평면(예를 들어, XZ 또는 YZ 평면)에서만 컴플라이언트하지만 다른 방향으로는 컴플라이언트하지 않는다. 따라서, 수축 시, SMA 와이어(302)로부터의 힘은 플렉셔(322)를 압축할 수 있고, 플렉셔 암(322a)을 지지 컴포넌트(220)를 향해 변형시키거나 벤딩시킬 수 있다. 즉, 플렉셔(322)의 단부는 각각의 고정 지점(322b)을 중심으로 회전한다. 유리하게는, SMA 와이어(302)에 에너지가 공급되지 않을 때, 플렉셔 암(322a)은 SMA 와이어(302)의 느슨함을 최소화하기 위해 각 플렉셔(322)의 단부를 기본 위치 쪽으로 바이어스(bias)할 수 있다. 즉, 플렉셔(322)로부터의 편향력은 항상 SMA 와이어(302)의 장력을 유지한다.
기본 위치에서, 예를 들어 SMA 와이어(302)가 통전되지 않은 경우, 플렉셔 암(322a)은 광축을 따라 실질적으로 연장되고, SMA 와이어의 제1 포션(302a) 및 제2 포션(302b)은 그들 각각의 플렉셔 암(322a)에 대해 각각 각도 α 및 β로 연장된다. 이 실시예에서 SMA 와이어의 제1 포션(402a)은 SMA 와이어의 제2 포션(402b)에 비해 더 가파른 경사로 경사지기 때문에, 각도 α 는 b 보다 크다.
지지 컴포넌트(320)는 접착제 또는 기계적 연결 수단과 같은 공지된 방법에 의해 지지 구조(311)의 표면에 부착된 추가 컴포넌트일 수 있다. 바람직하게는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 지지 컴포넌트(320)는 지지 구조(311)와 일체로 형성되고 가동 부분(313)의 측방향 무브먼트를 제한하기 위한 엔드 스톱 역할을 한다.
일부 다른 실시예에서, SMA 액추에이터(310)는 지지 구조(311)에 직접 부착된 각각의 플렉셔 암을 갖는 플렉셔를 포함할 수 있다. 즉, 이러한 실시예에서, 가동 부분(213)의 측방향 무브먼트를 제한하기 위해 제공된 엔드 스톱이 있을 수 있지만, 지지 컴포넌트(320)는 존재하지 않을 수 있다. 유리하게는, 그러한 배열은 더 긴 플렉셔 암이 채용될 수 있게 하여 가동 부분의 더 큰 변위(예를 들어, 스트로크)를 필요로 하는 액추에이터에 더 적합하다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 SMA 액추에이터(410)의 와이어링(wiring) 배열의 측면도를 도시한다. SMA 액추에이터(410)는 도 3a의 SMA 액추에이터(310)와 구조적 및 기능적으로 유사하다. 예를 들어, SMA 와이어(402)는 지지 구조(411)에 부착된 제1 포션(402a) 및 가동 부분(413)에 부착된 제2 포션(402b)과 함께 플렉셔(422)의 단부에 의해 지지되고 고정 부착된다. 도 4a는 단일 SMA 와이어(402) 및 주요 컴포넌트의 일부만을 도시하지만, 그럼에도 불구하고 제2 SMA 와이어와 같은 다른 컴포넌트가 존재한다.
SMA 액추에이터(410)는 플렉셔(422)가 광축에 대해 일정 각도로 연장된다는 점에서 제2 실시예(310)와 상이하다. 그러한 배열은 가동부(413)의 무브먼트 또는 스트로크가 증폭되도록 허용할 수 있다. 증폭의 정도는 플렉셔 암(422)과 SMA 와이어(402a)의 대응하는 제1 포션, 예를 들어 지지 구조와 연결되는 포션 사이의 상대적 배향에 의존한다.
예로서 도 4a를 취하면, 플렉셔(422)는 가동 부분(413)을 향하는 방향으로 광축으로부터 멀어지는 각도를 이룬다. 이와 같이 플렉셔(422)와 SMA 와이어의 제1 포션(402a) 사이의 각도 α는 예각이고 플렉셔(422)와 SMA 와이어의 제2 포션(402b) 사이의 둔각 β보다 더 샤프하다.
수축 시, SMA 와이어의 제1 포션(402a)은 지지 구조(411)를 향하여 플렉셔(422)를 끌어당기며, 이는 플렉셔(422)의 단부가 지지 컴포넌트 상의 고정 지점을 기준으로 회전 및/또는 병진 이동하게 한다. 이것은 차례로 SMA 와이어의 제1 포션(402a)의 배향의 변화로 이어지고, 따라서 증가된 기어링(gearing)에 기여한다. 사실상, 플렉셔와 SMA 와이어의 제1 포션(402a) 사이의 각도α가 샤프할수록 주어진 와이어 수축량으로 더 높은 기어링이 달성될 수 있다. 따라서, SMA 와이어의 제1 포션(402a)에 대한 플렉셔(422)의 배향을 변경함으로써 스트로크 증폭 정도가 미세 조정(fine-tuned)될 수 있음이 입증된다. 그러나, 플렉셔와 SMA 와이어의 제1 포션(402a) 사이의 각도 α가 주어진 한계 아래로 감소되면, 예를 들어 α < 10°이면, 가동 부분의 무브먼트는 언스테이블(unstable)해지거나 불안정(jittery)해질 수 있다.
도 3의 제2 실시예를 다시 참조하면, SMA 와이어의 제1 포션(302a)과 플렉셔(322) 사이에 예각이 관찰될 수 있다. 따라서, 도 3의 제2 실시예도 사용 중에 어느 정도의 스트로크 증폭을 생성한다.
한편, 액추에이터(410)의 기어링을 감소시킴으로써 액추에이터(410)의 스트로크를 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 플렉셔(422)는 가동 부분으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 즉, 플렉셔(422)와 SMA 와이어의 제1 포션(402a) 사이의 각도 α는 둔각이 되고, 플렉셔(422)와 SMA 와이어의 제2 포션(402b) 사이의 예각 β보다 얕다. 이 배열에서, 플렉셔(422)의 회전 및/또는 병진 운동량은 상당히 감소하고, 그에 따라 SMA 와이어의 제1 포션(402a)의 배향 변화가 감소한다. 따라서, 그러한 배열은 기어링을 감소시키고, 따라서 SMA 액추에이터(410)의 스트로크를 감소시킨다. 예를 들어, 플렉셔(422)가 SMA 와이어의 제1 포션과 일직선으로 배열되는 극단적인 경우(예:α= 90°), 가동 부분의 무브먼트는 SMA 와이어의 수축량과 동일할 수 있다. 즉, 그러한 배열에서는 실질적으로 증폭이 없을 것이다. 일부 응용 분야에서는 스트로크의 감소된 증폭(예: α> 90°)이 더 정확하고 안정적인 이동 제어와 증가된 힘을 제공하기 때문에 바람직할 수 있다.
도시된 바와 같이, 무브먼트 스트로크의 증폭은 애플리케이션에 적합하도록 미리 정의될 수 있다. 즉, 액추에이터(410)는 SMA 와이어의 제1 포션(402a)에 대해 사전 결정된 각도 α로 배향되는 플렉셔(422)로 제조될 수 있다.
일부 다른 실시예에서, 플렉셔(422)는 증폭 정도가 사용 중에 변경될 수 있도록 고정 지점에서 지지 컴포넌트(420)에 회전 가능하게 부착될 수 있다. 즉, 플렉셔(422)는 스트로크에서 가변 증폭을 달성하기 위해 다양한 위치로 조정 가능하게 피봇 가능할 수 있다. 예를 들어, 플렉셔(422)는 플렉셔(422)의 배향이 잠금 가능한 피벗이 잠금 해제 위치에 놓일 때 조정될 수 있도록 잠금 가능한 피벗으로 지지 컴포넌트(420)에 연결될 수 있다.
잠금식 피벗은 다양한 작동 모드에 맞게 스트로크 증폭을 변경하기 위해 제어기에 의해 기계적으로 또는 전자적으로 제어 및/또는 작동될 수 있다. 예를 들어, OIS에 대한 요구가 상대적으로 낮기 때문에 정상 작동 중에 더 작은 정도의 스트로크 증폭이 사용될 수 있다. 그러나 전자 장치의 진동이나 흔들림이 심한 경우(예: 스포츠 경기 등)에는 OIS의 높은 요구를 충족시키기 위해 그에 따라 스트로크 증폭이 커질 수 있다. 더욱이, 그러한 배열은 상이한 기능, 예를 들어 XY 평면의 OIS 및 Z 축의 AF에 적합하도록 2개의 수직 축 사이에 이용 가능한 스트로크가 분배되거나 할당되도록 허용할 수 있다.
요약하면 뇌졸중 증폭은 다음에 의해 달성될 수 있다.
1. 중간 컴포넌트(예: 플렉셔 바디 또는 가동부)의 모션 방향 제어 또는 회전을 통해 와이어에 의해 생성된 모션의 증폭.
2. 와이어에서 발생하는 힘과 모션의 방향을 변경하여 와이어 길이를 늘리면 메커니즘을 원하는 크기(예: 롤러 또는 후크)로 유지하면서 와이어의 두 영역에서 발생하는 동작을 추가하는 것을 허용함.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 SMA 액추에이터(510)의 측면도를 도시한다. 액추에이터(510)의 측면에서 볼 때, 가동 부분(513)과 지지 구조(511)를 연결하는 한 쌍의 SMA 와이어(502)가 제공된다. 이 실시예에서, SMA 와이어(502)의 제1 포션은 더 큰 정도의 스트로크 증폭을 제공하기 위해 플렉셔(522)에 대해 예각(α)으로 배열된다.
도 4a의 제3 실시예와 유사하게, 한 쌍의 SMA 와이어(502)가 플렉셔(522)의 각각의 단부에 의해 지지되거나 간섭되는 것으로 도시되어 있다. 플렉셔는 지지 컴포넌트(520) 주위에서 조정 가능하게 회전될 수 있다. 이 실시예에서, SMA 와이어의 제1 포션(502a)은 액추에이터(502)의 측면에서 볼 때 서로 교차하며, 이는 감소된 풋프린트를 초래한다. 그러나, 다른 실시예에서, 한 쌍의 SMA 와이어(502)의 제1 또는 제2 포션은 도 2에 도시된 바와 같은 제1 실시예와 유사한 방식으로 서로 평행하게 그리고 실질적으로 광축에 수직하는 방향으로 연장할 수 있다.
앞선 실시예와 대조적으로, 지지 컴포넌트(520)는 SMA 와이어의 제1 포션(502a)을 부착하기 위한 크림프(523) 및 SMA 와이어(502)를 지지하기 위한 플렉셔(522)를 포함한다. 이 실시예에서, 플렉셔(522)는 가동 부분(513)에 장착된 크림프보다 지지 구조(511)의 크림프(523)에 더 가깝게 위치된다. 그 결과, SMA 와이어의 제1 포션(402a)은 SMA 와이어의 제2 포션(502b)보다 길이가 더 짧고 더 가파른 구배로 연장된다.
플렉셔(522)는 광축을 따라 연장되고 SMA 와이어(502)가 연장되는 평면에서 컴플라이언트한다. 따라서, 수축 시, SMA 와이어(502)의 무브먼트는 플렉셔(522)를 압축하고 이에 따라 각각의 플렉셔 암을 변형시켜 지지체(522)의 단부가 고정 지점에 대하여 회전 및/또는 병진 이동하게 한다.
예시된 실시예에서, 플렉셔(522)는 각각의 고정 지점에서 지지 컴포넌트(520)에 회전 가능하게 부착된다. 플렉셔(522)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 제3 실시예와 유사한 방식으로 가동 부분(513)에서 변위의 가변 증폭을 달성하기 위해 다양한 위치로 조정 가능하게 피봇 가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이, SMA 와이어(502)의 제1 포션(502a) 및 제2 포션(502b)은 각각 광축(O)에 대해 각도 α 및 β로 기울어져 있다. 도 3a에 도시된 바와 같은 제2 실시예와 비교하여, SMA 와이어의 제1 포션(502a)은 훨씬 더 가파른 구배로 기울어지고 따라서 그러한 배열은 액추에이터(510)의 스트로크 증폭을 유리하게 증가시킬 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 실시예는 SMA 와이어의 길이를 지지하기 위해 롤러 또는 플렉셔의 사용에 의존하여, SMA 와이어의 2개의 별개의 비평행(non-parallel) 부분을 초래한다. 유리하게는, 그러한 배열은 상대적으로 긴 SMA 와이어가 실질적으로 액추에이터의 전체 길이/폭을 따라 연장되도록 할 수 있다. 그러나 일부 다른 실시예에서, SMA 와이어의 두 부분 중 하나, 예를 들어 가동 부분과 연결된 제2 포션 대신에 플렉셔 암이 제공될 수 있다. 즉, 추가 플렉셔 암을 수용하기 위해 SMA 와이어의 길이가 그에 따라 감소될 수 있다. 그러나, 그러한 배열은 스트로크 증폭 배열이 사용된다면 달성 가능한 스트로크를 반드시 감소시키는 것은 아니다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제5 실시예 및 제6 실시예에 따른 SMA 액추에이터(610, 710)의 측면도를 도시한다. 도 6의 측면도를 참조하면, 지지 구조(611)와 플렉셔 장치(힘 조절 메커니즘의 예)(622) 사이를 연결하는 한 쌍의 평행하게 연장되는 SMA 와이어(602)가 제공된다. 그러나, 다른 실시예에서, 한 쌍의 SMA 와이어(602)는 액추에이터의 풋프린트를 줄이기 위해 도 2에 도시된 배열과 유사한 방식으로 측면에서 볼 때 서로 교차할 수 있다.
플렉셔 배열(622)은 지지 컴포넌트(620) 상의 고정 지점과 플렉셔 배열(예를 들어 힘 조절 메커니즘)(622)의 커넥터(예를 들어 가동부)(622b) 사이에서 연장되는 제1 플렉셔 암(예를 들어 힘 조절 플렉셔)(622a)을 포함한다. 사실상, 제1 플렉셔 암(622a) 및 커넥터(622b)는 도 3, 4 및 5에 도시된 바와 같은 다양한 플렉셔(322, 422, 522)와 동등하다.
플렉셔 장치(622)는 가동 부분(613)과 커넥터(622b) 사이에 연결된 제2 플렉셔 암(결합 링크의 일례)(622c)을 더 포함한다. 보다 구체적으로, 제2 플렉셔 암(622c)은 이전 실시예에서 SMA 와이어의 제2 포션을 대체하고 SMA 와이어(602)로부터의 힘을 가동 부분(613)의 무브먼트로 변환하는 임무를 맡는다. 제2 플렉셔 암(622c)은 각각 광축(O)에 대해 선택적으로 위에서 정의된 "최소 와이어 각도"보다 큰 각도로 기울어진다.
예시된 실시예에서, 제1 플렉셔 암(622a) 및 제2 플렉셔 암(622c) 둘 모두는 가요성 및/또는 탄성 변형 가능하고, SMA 와이어(602)가 연장되는 평면에서만 컴플라이언트한다. 이는 가동 부분이 기본 위치로 돌아가도록 할 수 있을 뿐만 아니라 에너지가 공급되지 않을 때 SMA 와이어(602)의 장력을 유지할 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 제1 플렉셔 암(622a) 및/또는 제2 플렉셔 암(622c)은 사용 중에 변형되지 않는 피봇팅(pivoting) 강성 부재로 대체될 수 있다.
이전 실시예의 SMA 와이어의 제2 포션과 달리, 제2 플렉셔 암(622c)은 사용 중에 수축하지 않으므로 가동 부분의 전체 변위/스트로크에 기여하지 않는다. 충분히 달성 가능한 스트로크를 보장하기 위해, 제1 플렉셔 암(622a)은 각각 지지 컴포넌트(620)로부터 광학 축(O)에 대해 예각으로 가동부(613)를 향해 연장된다. 더 구체적으로, 그러한 배열은 제1 플렉셔 암(622a)과 그들 각각의 SMA 와이어(602) 사이에 더 예리한 각도 α를 필요로 한다.
수축 시, SMA 와이어(602)는 지지 구조(611)를 향하여 제1 플렉셔 암(622a) 상에서 인출되고, 이는 커넥터(622b)가 지지 컴포넌트(620) 상의 고정 지점에 대해 회전 및/또는 병진하게 한다. 이는 차례로 SMA 와이어(602)의 배향을 변경하고 증가된 기어링에 기여한다. 이전 실시예에서와 같이, 제1 플렉셔 암(622a)과 SMA 와이어(602) 사이의 각도α가 날카로울수록 주어진 와이어 수축량으로 더 높은 기어링이 달성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플렉셔 암(722a)과 SMA 와이어(702) 사이의 더 작은 각도 α를 가짐으로써, 도 7에 도시된 바와 같은 제6 실시예에 따른 액추에이터(710)는 더 큰 스트로크를 달성할 수 있다.
동일한 원리에 따라 각각 작동하는 플렉셔(622 및 722)의 다양한 변형이 있다. 예를 들어, 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 SMA 액추에이터(810)의 측면도를 도시한다. 도 6 및 7의 제5 및 제6 실시예와 유사하게, SMA 액추에이터(810)는 지지 구조(811) 및 지지 봉합사(811)에 대해 움직일 수 있는 가동 부분(813) 뿐만 아니라 광축에 직각으로 연장되는 SMA 와이어를 포함한다. SMA 와이어는 지지 구조에 부착된 제1 단부 및 플렉셔 배열(822)의 플렉셔 바디(가동 바디)(822b)에 부착된 제2 단부를 갖는다. 플렉셔 배열(822)은 또한 지지 구조(811) 및 가동 부분(813)에 각각 부착된 제1 플렉셔 암(822a) 및 제2 플렉셔 암(822b)을 포함한다.
외형의 차이에도 불구하고, 플렉셔 배열(822)은 이전 실시예에서 사용된 플렉셔 배열(622, 722)과 동일한 원리에 따라 작동한다. 즉, 플렉셔 바디(822b)가 지지 구조(811)에 고정되기 때문에, 수축시 측방향으로 연장되는 SMA 와이어(802)는 제1 플렉셔 암(822a)이 구부러지게 하고 플렉셔 바디(822b)가 (도 8에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로) 회전하게 한다. 그러한 회전은 제2 플렉셔 암(822c)에서 이동을 증가시키고 따라서 가동 부분에서 증폭된 무브먼트를 구동한다.
유리하게는, 도 8에 도시된 바와 같은 제2 플렉셔 암(822c)은 플렉셔 바디(822b)와 일직선으로 배치되어, 측면으로 연장되는 SMA 와이어(802)가 가동 부분(813)의 전체 길이에 걸쳐 스팬(span)할 수 있게 하여 이용 가능한 스트로크를 더욱 증가시킨다.
도 6 내지 도 8은 힘 조절 메커니즘이 힘 조절 플렉셔에 의해 구현되고 커플링 링크가 플렉셔 암에 의해 구현되는 실시예를 도시한다. 그러나 일반적으로 힘 조절 메커니즘은 SMA 와이어에 의해 힘 조절 메커니즘에 적용된 변위 또는 힘을 증폭시킬 수 있는 임의의 메커니즘으로 구현될 수 있다. 예를 들어 힘 조절 메커니즘은 플렉셔, 레버 암 또는 롤러를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 커플링 링크는 작동력을 제2 부분(가동 부분)으로 전달하고 작동력의 방향에 수직하는 방향으로 컴플라이언스를 제공하는 이중 기능을 수행할 수 있는 임의의 요소 또는 배열로 구현될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 커플링 링크가 예를 들어 플렉셔 대신에 롤링 베어링(922c)을 포함하는 실시예를 도시한다. SMA 와이어(902)의 수축 시, SMA 와이어(903)는 힘 조절 플렉셔(922a)에 입력 힘을 인가하였다. 힘 조절 플렉셔(922a)는 입력 힘을 조절하고, 특히 입력 힘을 감소시키고 도시된 실시예에서 SMA 와이어(902)의 스트로크를 증가시키며, 롤링 베어링(922c)에 출력 힘을 제공한다. 롤링 베어링(922c)은 예를 들어 대향하는 SMA 와이어(902)의 장력으로 인해 압축 상태로 홀딩된다. 롤링 베어링(922c)은 제1 부분(911)(즉, 지지 구조)에 대해 제2 부분(913)(즉, 가동 부분)을 이동시키기 위한 작동력을 제공하도록 출력 힘을 전달한다.
도 9a 및 9b의 실시예 사이의 차이점은 힘 조절 플렉셔(922a) 및 롤링 베어링(922c)의 배열로부터 발생한다. 도 9a에서, 상부 SMA 와이어(902)의 수축은 제2 부분(913)에 작동력을 왼쪽 아래 방향으로 적용하기 위해 힘 조절 플렉셔(922a)에 의해 왼쪽 아래 방향으로 재지향된다(redirected). 하부 SMA 와이어(902)의 수축은 제2 부분(913)에 작동력을 왼쪽 위 방향으로 적용하기 위해 힘 조절 플렉셔(922a)에 의해 왼쪽 위 방향으로 재지향된다. 도 9b에서, 이러한 배열은 그 반대 방향으로, 즉 상부 SMA 와이어(902)의 수축은 왼쪽 위 방향으로 작동력을 발생시키고 하부 SMA 와이어(902)의 수축은 왼쪽 아래 방향으로 작동력을 발생시킨다.
또한, 도 9a 및 도 9b에서, 제1 부분(911)에 대한 연결 지점(즉, 지지 구조)과 SMA 와이어(902)에 대한 연결 사이의 힘 조절 플렉셔 상의 거리는 제1 부분(911)에 대한 연결 지점(즉, 지지 구조)과 (롤링 베어링(922c)에 의해 구현된) 커플링 링크에 대한 연결 사이의 거리보다 작다. 이것은 스트로크 증폭에 추가로 기여한다. 일반적으로, 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에서의 힘 조절 메커니즘은, SMA 와이어에 의해 제공되는 입력 힘 및 제공되는 출력 힘 또는 커플 링 메커니즘에 대한 힘 조절 메커니즘의 각도에 따른 스트로크 또는 힘 증폭에 추가하여 또는 대안으로서, SMA 와이어에 대한 연결 및 커플링 링크에 대한 연결의 상대적 위치로 인해 스트로크 또는 힘 증폭을 달성할 수 있다.
도 10은 다음의 주요 차이점을 제외하고는 도 6에 도시된 제5 실시예와 유사한 SMA 액추에이터(1010)의 제10 실시예를 도시한다.
제5 실시예에서, 각각의 힘 조절 플렉셔(622a)는 SMA 액추에이터(610)의 측면을 따라 부분적으로 위치되는 지지 컴포넌트(620) 상의 고정 지점에 연결된다. 대조적으로, 제10 실시예에서, 각각의 힘 조절 플렉서(1022a)는 SMA 액추에이터(1010)의 코너에 또는 그 근처에 위치되는 (예를 들어, 지지 구조(1011) 상의) 고정 지점에 연결된다. 가동부(1022b) 각각은 힘 조절 플렉셔(1022a)를 통해 지지 구조(1011)에 연결되고 따라서 또한 코너에 또는 그 근처에 위치된다. 따라서, 각각의 SMA 와이어(1002)는 측면 길이의 실질적으로 전부(예를 들어 >80%)를 따라 연장될 수 있다. 따라서, 더 긴 SMA 와이어(1002)(일반적으로 더 큰 무브먼트를 생성할 수 있음)는 주어진 측방향 크기의 SMA 액추에이터에 수용될 수 있다. 제5 실시예의 각 작동 유닛에서, 커플링 링크(622c)와 SMA 와이어(602)는 가동부(602b)로부터 대략 반대 방향으로 연장된다(그리고 각각 SMA 액추에이터(610)의 상이한 모서리 또는 그 부근에서 지지 구조(611) 및 가동 부분(613)에 연결된다). 대조적으로, 제10 실시예의 각 작동 유닛에서, 커플링 링크(1022c)와 SMA 와이어(1002)는 측면을 따라 거의 동일한 방향으로 가동부(1022b)로부터 연장된다(그리고 각각 SMA 액추에이터(610)의 동일한 코너 또는 그 부근에서 지지 구조(1011) 및 가동 부분(1013)에 연결된다). 따라서, SMA 와이어(1002)의 장력이 커플링 링크(1022c)에 장력을 발생시키기 위해서는, 힘 조절 플렉셔(1022a)가 커플링 링크(1022c)와 SMA 와이어(1002)가 연결되는 지점들 사이에 있는 가동부(1022b) 상에서의 한 지점에 연결되어야 한다.
이 예에서, 각각의 작동 유닛에서, SMA 와이어(1002)는 SMA 액추에이터(1010)의 상부 또는 하부(경우에 따라)를 향하여 위치되고, 커플링 링크(1022c)는 SMA 액추에이터(1010)의 중간을 향하여 위치된다. 각 작동 유닛에서, SMA 와이어(1002)는 주축을 따라 임의의 적절한 위치를 가질 수 있고, 커플링 링크(1022c)는 주축을 따라 임의의 적절한 위치 및 (예를 들어, 가동부(1022b)로부터 위쪽 또는 아래쪽으로 연장되는) 주축에 대한 경사를 가질 수 있다. 각 측면 상에서의 두 개의 작동 유닛은 주축을 따라 서로 분리될 수도 있고 오버랩될 수도 있다.
도 11은 다음의 주요 차이점을 제외하고는 도 10에 도시된 제10 실시예와 유사한 SMA 액추에이터(1110)의 제11 실시예를 도시한다.
제11 실시예에서, 각각의 커플링 링크(1122c)는 헤어핀을 포함하며, 커플링 링크(1122c)는 가동부(1122b)로부터 제1 방향으로 헤어핀으로 연장되는 제1 포션과, 가동 부분(1113)에 연결되기 전에 헤어핀으로부터 (실질적으로 제1 방향과 반대되는) 제2 방향으로 연장되는 제2 포션을 포함한다. 따라서, 각각의 작동 유닛에서, SMA 와이어(1102) 및 커플링 링크(1122c)는 SMA 액추에이터(1110)의 서로 다른 코너에서 또는 그 근처에서 각각 지지 구조(1111) 및 가동 부분(1113)에 연결된다.
제11 실시예의 각 구동 유닛에서, SMA 와이어(1102)가 장력 하에 있을 때 커플링 링크(1122c)의 제2 부분은 장력 하에 있고, 가동 부분(1122b)에 대한 관련 컴포넌트(1102, 1122a, 1122c)의 연결 지점은 이에 따라 어레인지된다. 그러나, 다른 예에서 작동 유닛은 다르게 구성될 수 있다.
다른 예에서, 커플링 링크(1122c)는 더 복잡한 형상을 가질 수 있다.
도 12는 다음의 주요 차이점을 제외하고는 도 10에 도시된 제10 실시예와 유사한 SMA 액추에이터(1210)의 제12 실시예를 도시한다.
제10 실시예의 각각의 작동 유닛에서, SMA 와이어(1002)가 인장될 때 커플링 링크(1022c)가 인장된다. 대조적으로, 제12 실시예의 각각의 작동 유닛에서, SMA 와이어(1202)가 인장 상태에 있을 때 커플링 링크(1222c)가 압축 상태에 있다.
따라서, 제12 실시예에서 각 커플링 링크(1222c)는 L자형 단면과 같이 이것의 압축 강도를 증가시키기 위한 추가적인 특징을 구비할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 추가 특징은 그 길이에 수직하는 방향으로 커플링 링크(1222c)의 컴플라이언스에 과도하게 영향을 미치지 않아야 한다. 일부 예에서는 이러한 추가 기능이 없을 수 있다.
제12 실시예에서, 스트로크 증폭 효과를 위해 SMA 와이어(1202)는 힘 조절 플렉셔(1222a)와 커플링 링크(1222c)가 연결되는 지점들 사이에 있는 가동부(1222b) 상의 지점에 연결된다.
전술한 SMA 액추에이터 어셈블리는 SMA 와이어를 포함한다. '형상 기억 합금(SMA) 와이어'라는 용어는 SMA를 포함하는 모든 요소를 의미할 수 있다. 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.

Claims (26)

  1. 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리에 있어서,
    지지 구조;
    상기 지지 구조에 대해 이동 가능한 가동 부분;
    상기 지지 구조 및 상기 가동 부분에 각각 부착된 제1 포션 및 제2 포션을 갖는 적어도 하나의 SMA 와이어 - 상기 SMA 와이어는 수축 시 적어도 상기 SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면이 연장되는 주축에서 상기 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성됨 - 를 포함하고,
    상기 제1 포션과 상기 제2 포션 사이의 위치에서 상기 SMA 와이어와 맞물리는 중간 컴포넌트를 포함하고, 상기 SMA 와이어의 상기 제2 포션은 상기 주축 및 상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션 모두에 대해 비스듬한 각도로 어레인지되는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 포션은 상기 주축에 대해 상기 제1 포션의 각도보다 더 작은 각도로 연장되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 포션의 범위는 상기 주축을 따른 상기 제1 포션의 범위보다 큰, SMA 액추에이터 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 포션은 상기 제2 포션보다 길이가 더 긴, SMA 액추에이터 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션은 상기 주축에 대해 실질적으로 수직으로 연장되거나 상기 주축에 대해 예각으로 연장되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SMA 와이어는 수축 시 추가로 상기 주축에 대해 수직하는 방향으로 가동 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 컴포넌트는 상기 지지 구조로부터 연장되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중간 컴포넌트는 상기 주축에 대해 수직하는 방향으로 상기 가동 부분의 무브먼트 범위를 정의하기 위한 엔드 스톱을 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SMA 와이어는 선택적으로 롤러에 의해 상기 중간 컴포넌트 상에 슬라이딩으로(slidingly) 맞물리는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간체(intermediate)는 상기 SMA 와이어와 맞물리기 위한 플렉셔(flexure)를 포함하고, 상기 플렉셔는 상기 SMA 와이어가 연장되는 평면에서 컴플라이언트하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 SMA 와이어의 수축 정도는 상기 가동 부분의 변위보다 실질적으로 적은, SMA 액추에이터 어셈블리.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 플렉셔는 상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션에 대해 0이 아닌 각도로 연장되며, 상기 각도는 상기 SMA 와이어에 의해 달성 가능한 변위를 결정하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SMA 와이어의 상기 제1 포션 및 제2 포션이 서로 커플링되어, 상기 SMA 와이어가 구동될 때, 상기 제1 포션의 수축이 상기 제2 포션의 수축에 의해 제공되는 기여에 추가하여 상기 가동 부분의 무브먼트에 대한 기여를 제공하는 상기 제2 포션의 변위를 야기하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  14. 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리에 있어서,
    서로에 대해 이동 가능한 제1 및 제2 부분; 및
    하나 이상의 작동 유닛을 포함하고, 각각의 작동 유닛은,
    상기 제1 부분에 연결된 힘 조절 메커니즘;
    상기 힘 조절 메커니즘과 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 작동력을 가하도록 하기 위해 상기 제1 부분과 상기 힘 조절 메커니즘 사이에 연결되는 SMA 와이어를 포함하고,
    상기 하나 이상의 작동 유닛은 적어도 상기 SMA 액추에이터 어셈블리의 최단면이 연장되는 주축을 따라 상기 제1 부분에 대한 상기 제2 부분의 무브먼트를 구동하도록 어레인지되는, 형상 기억 합금(SMA) 액추에이터 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 SMA 와이어는 상기 주축에 대해 0이 아닌 각도로 어레인지되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  16. 제14항 또는 제15항에 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, SMA 액추에이터 어셈블리.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘 조절 메커니즘은 상기 SMA 와이어의 길이 변화에 대응하여 상기 힘 조절 메커니즘에 연결된 상기 커플링 링크의 상기 단부가 상기 제1 부분에 대해 상기 SMA 와이어의 길이 변화보다 큰 제2 거리만큼 상대적으로 이동하도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 링크는 플렉셔(flexure)이고, 상기 플렉셔는 세장형(elongate)이고, 상기 플렉셔의 길이를 따라 강성이며(stiff), 상기 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이언트하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 링크는 볼 베어링 또는 플레인 베어링을 포함하는, SMA 어셈블리.
  20. 제14항 내지 제19항 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 플렉셔.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 커플링 링크 및 힘 조절 플렉셔 중 적어도 어느 하나는 상기 가동부의 상기 무브먼트를 용이하게 하기 위해 다른 방향보다 상기 주축을 따라 한 방향으로 더 낮은 강성을 가지도록 구성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 가동부는 상기 힘 조절 플렉셔 및/또는 상기 커플링 링크와 일체로 형성되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘 조절 플렉셔는 세장형이고, 상기 힘 조절 플렉셔의 길이를 따라 강성이고, 상기 힘 조절 플렉셔의 길이에 수직하는 방향으로 컴플라이언트하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 SMA 와이어는 제1 방향 및 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 각각 상기 가동 부분 또는 제2 부분의 무브먼트를 구동하도록 구성되는 제1 SMA 와이어 및 제2 SMA 와이어를 포함하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 SMA 와이어는 4쌍의 SMA 와이어들을 포함하고, 상기 4쌍의 SMA 와이어들은 상기 주축을 중심으로 2중 대칭으로 어레인지되는, SMA 액추에이터 어셈블리.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부분 또는 제2 부분은 하나 이상의 렌즈 또는 이미지 센서를 포함하고, 상기 주축이 상기 하나 이상의 렌즈의 광축이거나, 상기 이미지 센서의 감광 영역(light-sensitive region)에 수직하는, SMA 액추에이터 어셈블리.
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