TWI409567B - 奈米碳管驅動器及採用其之鏡頭模組、相機模組 - Google Patents

Description

奈米碳管驅動器及採用其之鏡頭模組、相機模組

本發明涉及一種驅動器，尤其涉及一種用於鏡頭模組、相機模組之驅動器。

隨著光學成像技術之發展，鏡頭模組於各種成像裝置如數位相機、攝像機中得到廣泛應用(請參見Capturing images with digital still cameras,Micro,IEEE Volume：18,issue：6,Nov.-Dec.1998 Page(s)：14-19)。整合有鏡頭模組之手機、筆記本等便攜式電子裝置，更係得到眾多消費者之青睞。

常用鏡頭模組之對焦及變焦等功能通常係採用驅動器來實現。傳統之驅動器包括步進馬達等。對於採用此種傳統驅動器之鏡頭模組，其通常需要通過設置複數傳動機構如兩至三個齒輪傳動機構，來將步進馬達之旋轉運動轉換成線性運動。

然而，該種設置使得該種鏡頭模組之尺寸較大，難以滿足當前便攜式電子裝置輕、薄、短、小之發展趨勢；並且，由於該複數傳動機構於機械運動之傳遞過程中會造成背隙(Backlash)，進而會導致精度不高。

有鑒於此，有必要提供一種新驅動器，從而減小鏡頭模組之尺寸，並提高鏡頭模組對焦等之精度。

一種奈米碳管驅動器，其包括：一第一電極；一第二電極，當於該第一電極與該第二電極之間施加一個電壓時，於該第一電極與該第二電極之間產生一電場，該電場具有一電場強度方向；及一設置於該第一電極與該第二電極之間之奈米碳管膜層，該奈米碳管膜層相對之兩側分別與該第一電極、該第二電極接觸，該奈米碳管膜層之奈米碳管中心軸線與該電場強度方向平行，當於該第一電極與該第二電極之間施加一個電壓時，該奈米碳管膜層沿著該電場強度方向延伸，從而驅動該第二電極向著遠離該第一電極之方向移動。

一種鏡頭模組，其包括：一鏡筒；一設置於該鏡筒內之第一鏡片，該第一鏡片包括第一光學部及環繞該第一光學部之第一支撐部；及一設置於該鏡筒內之第二鏡片，該第二鏡片包括第二光學部及環繞該第二光學部之第二支撐部；至少一上述奈米碳管驅動器，該奈米碳管驅動器設置於該第一支撐部與該第二支撐部之間，用於驅動該第二鏡片相對於該第一鏡片移動。

一種相機模組，其包括：一鏡筒；一設置於該鏡筒內之至少一鏡片；一鏡座；一設置於該鏡座內之一影像感測器；至少一上述奈米碳管驅動器，該奈米碳管驅動器設置於該鏡筒與該鏡座之間，用於驅動該鏡筒相對於該鏡座移動。

相對於先前技術，上述奈米碳管驅動器為線性運動，不必利用傳動機構來將旋轉運動轉換成線性運動，故沒有背隙。所以採用奈米碳管驅動器之鏡頭模組和相機模組尺寸較小，且精度較高。

10，20，50‧‧‧奈米碳管驅動器

30‧‧‧奈米碳管驅動系統

40‧‧‧鏡頭模組

60‧‧‧相機模組

102，202‧‧‧第一電極

104，204‧‧‧奈米碳管膜層

106，206‧‧‧第二電極

108‧‧‧奈米碳管

304‧‧‧驅動電路

306‧‧‧控制器

402，602‧‧‧鏡筒

404，604‧‧‧第一鏡片

406，608‧‧‧第二鏡片

502‧‧‧通孔

606‧‧‧間隔環

610‧‧‧鏡座

612‧‧‧影像感測器

4042‧‧‧第一光學部

4044‧‧‧第一支撐部

4062‧‧‧第二光學部

4064‧‧‧第二支撐部

圖1係本發明第一實施例奈米碳管驅動器之剖面示意圖。

圖2係本發明第二實施例奈米碳管驅動系統之示意圖。

圖3係本發明第三實施例鏡頭模組之剖面示意圖。

圖4係本發明第四實施例奈米碳管驅動器之立體示意圖。

圖5係本發明第五實施例相機模組之剖面示意圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步之詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例之奈米碳管驅動器10包括第一電極102，奈米碳管膜層104，第二電極106。奈米碳管膜層104設置於第一電極102與第二電極106之間，且奈米碳管膜層104相對之兩個表面分別與第一電極102與第二電極106接觸。奈米碳管膜層104包含複數奈米碳管108。

第一電極102與第二電極106用於在奈米碳管膜層104之相對之兩側施加一個電壓，從而形成電場。於本實施例中，第一電極102與第二電極106為平板電極，第一電極102與第二電極106兩個相向之表面為一平面。第一電極102與第二電極106之間各處電場強度E之方向基本都與第一電極102之表面 垂直，即基本都與Z軸平行。於電場之作用下，奈米碳管108能夠產生電致變形，故奈米碳管膜層104沿著Z軸方向延伸，從而驅動第一電極102相對於第二電極106移動。假設第二電極106固定時，奈米碳管膜層104驅動第一電極102沿著Z軸正方向移動。當撤開電壓時，奈米碳管膜層104恢復到初始厚度，第一電極102返回至相對於第二電極106之初始位置。施加電壓之範圍可以係0.1V-100V，優選地，施加電壓之範圍係0.5V-4V。奈米碳管驅動器10之行程係50μm-500μm，優選地100μm-400μm。也就是說，第一電極102相對於第二電極106移動之最大距離係50μm-500μm，優選地100μm-400μm。

第一電極102與第二電極106可採用以下材料製成：鋁、銅、銀、銅鋁合金、銀銅合金等。奈米碳管膜層104之厚度可以係0.1mm-10cm。奈米碳管膜層104可以係單層奈米碳管陣列(Carbon Nanotube Array,CNT array)，亦可以係由多層奈米碳管陣列堆疊而成。於本實施例中，奈米碳管膜層104可以係單層奈米碳管陣列。奈米碳管108可以係單壁奈米碳管(Single-walled Nanotubes,SWNTs)或者多壁奈米碳管(Multi-walled Nanotubes,MWNTs)。奈米碳管108之中心軸線可與第一電極102之表面垂直或者平行。也就是說，奈米碳管108之中心軸線可與第一電極102與第二電極106之間電場強度E之方向平行或者垂直。優選地，奈米碳管108之中心軸線與電場強度E之方向平行。於本實施例中，奈 米碳管108之中心軸線與Z軸之方向平行。奈米碳管108具有高彈性模量(Elastic Modulus)，具有奈米碳管膜層104之奈米碳管驅動器10之可靠性高。而且，奈米碳管驅動器10為線性運動，不必利用傳動機構來將旋轉運動轉換成線性運動。

上述奈米碳管驅動器10可採用以下方法製造：

步驟一，生長奈米碳管陣列。

奈米碳管陣列可採用以下方法生長：提供一基底；將催化劑沈積於該基底表面，催化劑可以係鐵、鈷或鎳等；於500℃-750℃下通入碳源氣體與保護氣體之混合氣體使奈米碳管陣列從基底上長出，碳源氣體可以係C2H2、C2H4或C2H6等。奈米碳管108之高度可於100μm-500μm之間。

步驟二，使用拉伸工具將奈米碳管陣列從基底上拉出。

步驟三，將奈米碳管陣列直接放置於第一電極102之表面，形成奈米碳管膜層104。

步驟四，將第二電極106放置於奈米碳管膜層104之表面，並且壓實，可得到如圖1所示之奈米碳管驅動器10。

請參閱圖2，本發明第二實施例之奈米碳管驅動系統30包括奈米碳管驅動器20，驅動電路304，控制器306。

奈米碳管驅動器20與奈米碳管驅動器10類似，奈米碳管驅動器20包括第一電極202，第二電極206，及設置於第一電極 202與第二電極206之間之奈米碳管膜層204，區別在於：第一電極202上設置有驅動器頭(Actuator Head)208。於奈米碳管膜層204之相對之兩側施加一個電壓，奈米碳管膜層204沿著Z軸方向延伸，第二電極206係固定的，奈米碳管膜層204驅動第一電極202沿著Z軸正方向移動，進而驅動驅動器頭208沿著Z軸正方向移動。

驅動電路304之輸入端與控制器306電連接，驅動電路304之輸出端分別與第一電極202、第二電極206電連接。驅動電路304用在於第一電極202、第二電極206之間施加一個直流電壓。

奈米碳管驅動系統30之工作原理如下該：假設第二電極206係固定之，控制器306根據驅動器頭208(或第一電極202)需要移動之距離發送一個訊號給驅動電路304，驅動電路304根據該訊號於第一電極202與第二電極206之間施加一個電壓。於電壓之作用下，奈米碳管膜層204沿著Z軸方向延伸，奈米碳管膜層204驅動驅動器頭208及第一電極102沿著Z軸正方向移動所需要之距離。

請參閱圖3，本發明第三實施例之鏡頭模組40包括鏡筒402及設置於鏡筒402內之第一鏡片404、複數奈米碳管驅動器10、第二鏡片406。第一鏡片404通過膠水等固定設置於鏡筒402內，第二鏡片406可移動地設置於鏡筒402內。第一鏡片404包括第一光學部4042及環繞於第一光學部4042週邊之第一支撐部4044。第二鏡片406包括第二光學部4062及環繞於第二 光學部4062週邊之第二支撐部4064。奈米碳管驅動器10設置於第一支撐部4044與第二支撐部4064之間，第一電極102、第二電極106分別與第一支撐部4044、第二支撐部4064固定連接，例如黏結。奈米碳管驅動器10用於驅動第二鏡片406沿著Z軸負方向移動，從而改變第一鏡片404與第二鏡片406之間之距離，進而改變鏡頭模組40之焦距，實現變焦功能。

上述鏡頭模組40採用複數奈米碳管驅動器10實現變焦，可理解的是，上述鏡頭模組40亦可僅採用一個奈米碳管驅動器50(如圖4所示)。奈米碳管驅動器50與奈米碳管驅動器10類似，區別在於，奈米碳管驅動器50呈圓環狀，其外徑與鏡筒402之內徑大致相等，其中間具有一通孔502，通孔502用於允許光線通過。

奈米碳管驅動器10為線性運動，不必利用傳動機構來將旋轉運動轉換成線性運動，故沒有背隙。所以採用奈米碳管驅動器10之鏡頭模組40尺寸較小，且精度較高。

請參閱圖5，本發明第五實施例之相機模組60包括鏡筒602、第一鏡片604、間隔環606、第二鏡片608、複數奈米碳管驅動器10、鏡座610及影像感測器612。鏡筒602及設置於其內之第一鏡片604、間隔環606、第二鏡片608構成一個鏡頭模組。鏡筒602之側壁向外延伸出一環狀突起部6022。影像感測器612設置於鏡座610內。複數奈米碳管驅動器10設置於鏡座610之一個端部及突起6022之間，第一電極102、第二電極106分別與環狀突起部6022、鏡座610固定連接，例如黏結。 奈米碳管驅動器10用於驅動鏡頭模組沿著Z軸正方向移動，從而改變鏡頭模組與影像感測器612之距離，進而實現相機模組60之對焦。

上述相機模組60採用複數奈米碳管驅動器10實現對焦，可理解的是，上述相機模組60亦可僅採用一個與奈米碳管驅動器50類似之奈米碳管驅動器。此時，奈米碳管驅動器之內徑大於或等於鏡筒602之外徑，奈米碳管驅動器套設於鏡筒602之週邊。

奈米碳管驅動器10為線性運動，不必利用傳動機構來將旋轉運動轉換成線性運動，故沒有背隙。所以採用奈米碳管驅動器10之相機模組60尺寸較小，且精度較高。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧奈米碳管驅動器

102‧‧‧第一電極

104‧‧‧奈米碳管膜層

106‧‧‧第二電極

108‧‧‧奈米碳管

Claims (12)

1. 一種奈米碳管驅動器，其包括：一第一電極；一第二電極，當於第一電極與該第二電極之間施加一電壓時，於該第一電極與該第二電極之間產生一電場，該電場具有一電場強度方向；及一設置於該第一電極與該第二電極之間之奈米碳管膜層，該奈米碳管膜層相對之兩側分別與該第一電極、該第二電極接觸，該奈米碳管膜層之奈米碳管中心軸線與該電場強度方向平行，當於該第一電極與該第二電極之間施加一個電壓時，該奈米碳管膜層沿著該電場強度方向延伸，從而驅動該第二電極向著遠離該第一電極之方向移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管驅動器，其中，該奈米碳管膜層係單層奈米碳管陣列。
3. 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管驅動器，其中，該奈米碳管膜層係由多層奈米碳管陣列堆疊而成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管驅動器，其中，該奈米碳管膜層之奈米碳管係單壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。
5. 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管驅動器，其中，該第一電極之表面為一平面，且該電場強度方向與該第一電極之表面垂直。
6. 一種鏡頭模組，其包括： 一鏡筒；一設置於該鏡筒內之第一鏡片，該第一鏡片包括第一光學部及環繞該第一光學部之第一支撐部；及一設置於該鏡筒內之第二鏡片，該第二鏡片包括第二光學部及環繞該第二光學部之第二支撐部；其中，該鏡頭模組進一步包括至少一如申請專利範圍第1-5任一項所述之奈米碳管驅動器，該奈米碳管驅動器設置於該第一支撐部與該第二支撐部之間，用於驅動該第二鏡片相對於該第一鏡片移動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭模組，其中，該奈米碳管驅動器為圓環狀，該奈米碳管驅動器之外徑小於或等於該鏡筒之內徑，該奈米碳管驅動器中心具有一通孔，該通孔與該第一、第二光學部對齊。
8. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭模組，其中，該第一鏡片固定設置於該鏡筒內，該第二鏡片可滑動地設置於該鏡筒內，該第一電極、該第二電極分別與該第一支撐部、該第二支撐部固定連接。
9. 一種相機模組，其包括：一鏡筒；一設置於該鏡筒內之至少一鏡片；一鏡座；一設置於該鏡座內之一影像感測器；其中，該相機模組進一步包括至少一如申請專利範圍第1-5任一項所述之奈米碳管驅動器，該奈米碳管驅動器設置於該 鏡筒與該鏡座之間，用於驅動該鏡筒相對於該鏡座移動。
10. 如申請專利範圍第9項所述之相機模組，其中，該鏡筒之側壁向外延伸出一環狀突起部，該奈米碳管驅動器設置於該環狀突起部和該鏡座之一端部之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之相機模組，其中，該第一電極、該第二電極分別與該環狀突起部、該鏡座之一端部固定連接。
12. 如申請專利範圍第9項所述之相機模組，其中，該奈米碳管驅動器為圓環狀，該奈米碳管驅動器之內徑大於或等於該鏡筒之外徑，該奈米碳管驅動器套設於該鏡筒之週邊。