[发明专利]包括形状记忆合金致动器的光学图像稳定

说明书

本发明涉及摄像装置的光学图像稳定(OIS)，该摄像装置包括图像传感器和用于将图像聚焦到图像传感器上的透镜系统。

OIS的目的是补偿相机抖动，即通常由用户的手动引起的摄像装置的振动，这降低了由图像传感器捕捉的图像质量。OIS通常涉及由诸如陀螺仪传感器(gyroscope sensor)的振动传感器进行的振动检测，及基于调节摄像装置以便为振动补偿捕捉的图像的致动器配置(actuator arrangement)检测的振动的控制。

已知几种用于调节摄像装置的技术。通常用于数码相机的一种技术是保持整个摄像装置(包括图像传感器和大部分的透镜系统)的位置固定并在垂直于光轴的方向移动一个透镜组。由于与相机的其余部分相比，透镜组的尺寸和惯性较小，所以该技术尤其适用于大型相机。一种可选的技术是保持透镜系统静止，且在垂直于光轴的方向移动图像传感器。

尽管这些技术在诸如数码相机的相对较大的摄像装置上是成功的，但它们难以小型化。小型摄像装置的组件的非常紧密的包装使得在期望的包装内增加OIS致动器(OIS actuator)具有较大的困难。

US-2006/0272328公开了一种摄像装置，其中一种不同的技术用于提供OIS。具体地，将包括图像传感器和透镜系统的摄像单元用弹性支撑部件支撑在支撑结构上，所述弹性支撑部件允许所述摄像单元绕着相互垂直且垂直于光轴的两个假想轴倾斜。两对SMA丝连接在所述支撑结构和所述摄像单元之间，其以相对于光轴的锐角延伸。各对SMA丝以推-拉结构(push-pull configuration)相对另一个对准，使得差动收缩(differential contraction)驱动摄像单元的倾斜。施加到SMA丝的驱动电流基于附接到支撑结构的振动传感器的输出而获得以补偿相机抖动。US-2006/0272328教导，通过减小SMA丝的直径能够获得足够的高频响应。通常，SMA作为致动器的一个可感知的缺陷是其较慢的响应时间。由于SMA致动器是热驱动的，所以响应时间受到SMA材料的温度升高和下降的限制，这与材料的热传导率、具体的热容量和其热质量有关。

因此，通过将摄像单元在与光轴垂直的方向倾斜来实现OIS。因为摄像单元的尺寸和惯性较小，所以这是可行的且为有利的，以致将OIS功能与其他摄像功能分开。尤其是，没有必要改变摄像单元的复杂的内部设计，如高容限的光学组件。此外，通过使用SMA作为致动器，实现了非常高的能量密度(对给定的材料质量可得到的机械能量)的优点。换句话说，这允许致动器配置非常小。类似地，SMA致动器能够传递高的力。这两个因素都意味着SMA致动器高度适合提供用于小型相机的OIS。

然而，在US-2006/0272328中公开的摄像装置存在由各对SMA丝配置为推-拉结构而产生的与位置控制和寿命及疲劳相关的缺点。具体地，两条SMA丝的段相互对抗，在某种程度上它们在垂直于光轴的相反方向牵引。即，各SMA丝的应力和因此SMA丝的长度取决于另一SMA丝。

首先，这导致实现准确的位置控制的问题。摄像装置的期望角对应于特定的丝长度，但在该长度各SMA丝可具有依赖于另一SMA丝的应力的多个应力。因此，各SMA丝的位置不能独立控制。尽管在原理上仍可以实现位置控制，但在实践中难以准确做到这点。例如，如果试图基于SMA丝的电阻提供控制，则相变温度对应力有依赖性，而且SMA丝的电阻随温度变化。因此当对另一丝操作时，给定的丝长度不对应于给定的电阻。

其次，由于各对SMA丝相互对抗作用，它们通常受到较大的应力，例如，如果两条SMA丝的段都被驱动或如果环境温度足够高而达到相变温度范围。该SMA丝中大的应力能够导致疲劳，导致它们的寿命减少。

期望减少这些问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种摄像装置，其包括：

支撑结构；

摄像单元，其包括图像传感器和用于将图像聚焦到所述图像传感器上的透镜系统；

悬挂系统(suspension system)，其以允许所述摄像单元绕着相互垂直且垂直于所述透镜系统的光轴的两个假想轴自由倾斜并沿着所述光轴移动的方式将所述摄像单元支撑在所述支撑结构上；及

至少三个SMA致动器，其均连接在所述摄像单元和所述支撑结构之间，并被布置为在收缩时驱动所述摄像单元沿着所述光轴相对于所述支撑结构移动，所述SMA致动器被配置在绕着光轴的不同位置，以致所述SMA致动器在收缩时驱动差动位移(differential displacement)，驱动所述摄像单元的倾斜。