具体实施方式
在本发明被详细描述之前,应当注意在以下的说明内容中,类似的组件是以相同的编号来表示。
本篇说明书所言的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」,是指所述透镜在光轴附近区域具有正屈光率(或负屈光率)而言。「一透镜的物侧面(或像侧面)具有位于某区域的凸面部(或凹面部)」,是指该区域相较于径向上紧邻该区域的外侧区域,朝平行于光轴的方向更为「向外凸起」(或「向内凹陷」)而言,以图1为例,其中I为光轴且此一透镜是以该光轴I为对称轴径向地相互对称,该透镜的物侧面于A区域具有凸面部、B区域具有凹面部而C区域具有凸面部,原因在于A区域相较于径向上紧邻该区域的外侧区域(即B区域),朝平行于光轴的方向更为向外凸起,B区域则相较于C区域更为向内凹陷,而C区域相较于E区域也同理地更为向外凸起。「圆周附近区域」,是指位于透镜上仅供成像光线通过的曲面的圆周附近区域,亦即图中的C区域,其中,成像光线包括了主光线(chief ray)Lc及边缘光线(marginal ray)Lm。「光轴附近区域」是指该仅供成像光线通过的曲面的光轴附近区域,亦即图1中的A区域。此外,该透镜还包含一延伸部E,用以供该透镜组装于一光学成像镜头内,理想的成像光线并不会通过该延伸部E,但该延伸部E的结构与形状并不限于此,以下的实施例为求附图简洁均省略了延伸部。
参阅图2与图4,本发明光学成像镜头10的一第一较佳实施例,从物侧至像侧沿一光轴I依序包含一光圈2、一第一透镜3、一第二透镜4、一第三透镜5、一第四透镜6、一第五透镜7及一滤光片8。当由一待拍摄物所发出的光线进入该光学成像镜头10,并经由该光圈2、该第一透镜3、该第二透镜4、该第三透镜5、该第四透镜6、该第五透镜7及该滤光片8之后,会在一成像面9(ImagePlane)形成一影像。该滤光片8为红外线滤光片(IR Cut Filter),用于防止光线中的红外线透射至该成像面9而影响成像质量。补充说明的是,物侧A是朝向该待拍摄物的一侧,而像侧B是朝向该成像面8的一侧。
其中,该第一透镜3、该第二透镜4、该第三透镜5、该第四透镜6、该第五透镜7及该滤光片8都分别具有一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面31、41、51、61、71、81,及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面32、42、52、62、72、82。其中,该等物侧面31、41、51、61、71与该等像侧面32、42、52、62、72皆为非球面。
此外,为了满足产品轻量化的需求,该第一透镜3至该第五透镜7皆为具备屈光率且都是塑料材质所制成,但其材质仍不以此为限制。
该第一透镜3为正屈光率的透镜,该第一透镜3的该物侧面31为凸面,该第一透镜3的该像侧面32为凸面。
该第二透镜4为负屈光率的透镜,该第二透镜4的该物侧面41为凸面,该第二透镜4的该像侧面42为凹面,并具有一位于圆周附近区域的凹面部421。
该第三透镜5为正屈光率的透镜,该第三透镜5的该物侧面51为凹面,并具有一位于圆周附近区域的凹面部511。该第三透镜5的该像侧面52为凸面。
该第四透镜6为负屈光率的透镜,该第四透镜6的该物侧面61具有一位于光轴I附近区域的凸面部611,及一位于圆周附近区域的凹面部612,该第四透镜6的该像侧面62具有一位于光轴I附近区域的凹面部621,及一位于圆周附近区域的凸面部622。
该第五透镜7为负屈光率的透镜,该第五透镜7的该物侧面71具有一位于光轴I附近区域的凸面部711,及一位于圆周附近区域的凹面部712,该第五透镜7的该像侧面72具有一位于光轴I附近区域的凹面部721,及一位于圆周附近区域的凸面部722。
该第一较佳实施例的其他详细光学数据如图4所示,且该第一较佳实施例的整体系统焦距(Effective Focal Length,简称EFL)为3.79mm,半视角(HalfField of View,简称HFOV)为36.00°、光圈值(Fno)为2.45,系统长度为4.92mm。其中,该系统长度是指由该第一透镜3的该物侧面31到成像面9之间在光轴I上的距离。
此外,从第一透镜3的物侧面31到第五透镜7的像侧面72,共计十个面均是非球面,而该非球面是依下列公式定义:
其中:
R:透镜表面的曲率半径;
Z:非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点,与相切于非球面光轴I上顶点的切面,两者间的垂直距离);
Y:非球面曲面上的点与光轴I的垂直距离;
K:锥面系数(Conic Constant);及
a2i:第2i阶非球面系数。
该第一透镜3的物侧面31到第五透镜7的像侧面72在公式(1)中的各项非球面系数如图5所示。
另外,该第一较佳实施例的光学成像镜头10中各重要参数间的关系为:
CT3/CT2=3.63;
EFL/AC23=5.73;
ALT/CT1=3.22;
EFL/(AC12+CT2)=13.85
CT2/(AC12+AC45)=0.90;
CT3/AC23=1.19;
CT3/AC34=15.79;
(CT4+CT5)/CT1=0.96;
ALT/(CT4+CT5)=3.36;
AC23/(AC34+AC45)=2.80;
AAG/AC23=1.44;
其中,
CT1为该第一透镜3在光轴I上的中心厚度;
CT2为该第二透镜4在光轴I上的中心厚度;
CT3为该第三透镜5在光轴I上的中心厚度;
CT4为该第四透镜6在光轴I上的中心厚度;
CT5为该第五透镜7在光轴I上的中心厚度;
AAG为该第一透镜3到该第五透镜7在光轴I上的四个空气间隙总合;
EFL(Effective Focal Length)为该光学成像镜头10的系统焦距;
AC12为该第一透镜3到该第二透镜4在光轴I上的空气间隙;
AC23为该第二透镜4到该第三透镜5在光轴I上的空气间隙;
AC34为该第三透镜5到该第四透镜6在光轴I上的空气间隙;
AC45为该第四透镜6到该第五透镜7在光轴I上的空气间隙。
再配合参阅图3,(a)的附图说明该第一较佳实施例的纵向球差(Longitudinal Spherical Aberration),(b)与(c)的附图则分别说明该第一较佳实施例在成像面9上有关弧矢(Sagittal)方向的像散像差(AstigmatismAberration),及子午(Tangential)方向的像散像差,(d)的附图则说明该第一较佳实施例在成像面9上的畸变像差(Distortion Aberration)。本第一较佳实施例的纵向球差图示图3(a)中,每一种波长所成的曲线皆很靠近并向中间靠近,说明每一种波长不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近,由每一波长的曲线的偏斜幅度可看出,不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.03mm范围内,故本实施例确实明显改善相同波长的球差,此外,三种代表波长彼此间的距离也都控制在±0.025mm的范围内,代表不同波长光线的成像位置已相当集中,因而使色像差也获得明显改善。
在图3(b)与3(c)的二个像散像差图示中,三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.08mm内,说明本第一较佳实施例的光学系统能有效消除像差。而图3(d)的畸变像差附图则显示本第一较佳实施例的畸变像差维持在±1.6%的范围内,说明本第一较佳实施例的畸变像差已符合光学系统的成像质量要求,据此说明本第一较佳实施例相较于现有光学镜头,在系统长度已缩短至4.92mm的条件下,仍能提供较佳的成像质量,故本第一较佳实施例能在维持良好光学性能的条件下,缩短镜头长度以实现更加薄型化的产品设计。
参阅图6,为本发明光学成像镜头10的一第二较佳实施例,其与该第一较佳实施例大致相似。其中,该第二较佳实施例与该第一较佳实施例的主要不同之处在于:该第二透镜4的该物侧面41具有一位于圆周附近区域的凹面部411。该第五透镜7的该物侧面71为凸面,并具有一位于圆周附近的凸面部713,该第五透镜7的该像侧面72为凹面,并具有一位于圆周附近区域的凹面部723。
其详细的光学数据如图8所示,且该第二较佳实施例的整体系统焦距为4.06mm,半视角(HFOV)为33.00°、光圈值(Fno)为2.70,系统长度则为5.05mm。
如图9所示,则为该第二较佳实施例的该第一透镜3的物侧面31到该第五透镜7的像侧面72在公式(1)中的各项非球面系数。
另外,该第二实施例的该光学成像镜头10中各重要参数间的关系为:
CT3/CT2=2.10;
EFL/AC23=6.43;
ALT/CT1=2.25;
EFL/(AC12+CT2)=11.96
CT2/(AC12+AC45)=2.14;
CT3/AC23=1.03;
CT3/AC34=9.63;
(CT4+CT5)/CT1=0.49;
ALT/(CT4+CT5)=4.63;
AC23/(AC34+AC45)=3.46;及
AAG/AC23=1.34。
配合参阅图7,由(a)的纵向球差、(b)与(c)的像散像差,以及(d)的畸变像差附图可看出该第二较佳实施例与第一较佳实施例一样,所得到的纵向球差的三种代表波长的曲线彼此也相当接近,本第二较佳实施例也有效消除纵向球差,且具有明显改善的色像差。而本第二较佳实施例所得到的像散像差中三种代表波长在整个视场角范围内的焦距变化量也都落在±0.06mm的范围内,且其畸变像差也维持在±3.5%的范围内,同样能在系统长度已缩短至5.05mm的条件下提供较佳的成像质量,使本第二较佳实施例也能在维持良好光学性能的条件下,缩短镜头长度,而有利于薄型化产品设计。
参阅图10,为本发明光学成像镜头10的一第三较佳实施例,其与该第一较佳实施例大致相似。其中,该第三较佳实施例与该第一较佳实施例的主要不同之处在于:该第五透镜7的该物侧面71为凸面,并具有一位于圆周附近的凸面部713,该第五透镜7的该像侧面72为凹面,并具有一位于圆周附近区域的凹面部723。
其详细的光学数据如图12所示,且本第三较佳实施例的整体系统焦距为3.76mm,半视角(HFOV)为34.84°、光圈值(Fno)为2.54,系统长度则为4.87mm。
如图13所示,则为该第三较佳实施例的该第一透镜3的物侧面31到第五透镜7的像侧面72在公式(1)中的各项非球面系数。
另外,该第三较佳实施例的该光学成像镜头10中各重要参数间的关系为:
CT3/CT2=2.09;
EFL/AC23=6.07;
ALT/CT1=3.70;
EFL/(AC12+CT2)=8.74
CT2/(AC12+AC45)=2.00;
CT3/AC23=1.16;
CT3/AC34=20.61;
(CT4+CT5)/CT1=1.25;
ALT/(CT4+CT5)=2.96;
AC23/(AC34+AC45)=5.09;及
AAG/AC23=1.33。
配合参阅图11,由(a)的纵向球差、(b)与(c)的像散像差,以及(d)的畸变像差附图可看出该第三较佳实施例与第一较佳实施例一样,所得到的纵向球差的三种代表波长的曲线彼此也相当接近,本第三较佳实施例也有效消除纵向球差,且具有明显改善的色像差。而本第三较佳实施例所得到的像散像差中三种代表波长在整个视场角范围内的焦距变化量也都落在±0.08mm的范围内,且其畸变像差也维持在±6%的范围内,同样能在系统长度已缩短至4.87mm的条件下提供较佳的成像质量,使本第三较佳实施例也能在维持良好光学性能的条件下,缩短镜头长度,而有利于薄型化产品设计。
参阅图14,为本发明光学成像镜头10的一第四较佳实施例,其与该第一较佳实施例大致相似。其中,该第四较佳实施例与该第一较佳实施例的主要不同之处在于:
其详细的光学数据如图16所示,且本第四较佳实施例的整体系统焦距为4.01mm,半视角(HFOV)为36.00°、光圈值(Fno)为2.68,系统长度为5.35mm。
如图17所示,则为该第四较佳实施例的该第一透镜3的物侧面31到第五透镜7的像侧面72在公式(1)中的各项非球面系数。
另外,该第四较佳实施例的该光学成像镜头10中各重要参数间的关系为:
CT3/CT2=2.20;
EFL/AC23=6.48;
ALT/CT1=3.71;
EFL/(AC12+CT2)=8.53
CT2/(AC12+AC45)=0.90;
CT3/AC23=1.45;
CT3/AC34=6.68;
(CT4+CT5)/CT1=0.96;
ALT/(CT4+CT5)=3.88;
AC23/(AC34+AC45)=1.19;及
AAG/AC23=1.95。
配合参阅图15,由(a)的纵向球差、(b)与(c)的像散像差,以及(d)的畸变像差附图可看出该第四较佳实施例与第一较佳实施例一样,所得到的纵向球差的三种代表波长的曲线彼此也相当接近,本第四较佳实施例也有效消除纵向球差,且具有明显改善的色像差。而本第四较佳实施例所得到的像散像差中三种代表波长在整个视场角范围内的焦距变化量也都落在±0.30mm的范围内,且其畸变像差也维持在±5%的范围内,同样能在系统长度已缩短至5.35mm的条件下提供较佳的成像质量,使本第四较佳实施例也能在维持良好光学性能的条件下,缩短镜头长度,而有利于薄型化产品设计。
再配合参阅图18,为上述四个较佳实施的各项光学参数的表格图,当本发明光学成像镜头10中的各项光学参数间的关系式满足下列条件式时,在系统长度缩短的情形下,仍然会有较佳的光学性能表现,使本发明应用于相关可携式电子装置时,能制出更加薄型化的产品:
EFL/AC23≥5.70------------------(2);
EFL/(AC12+CT2)≥8.50----------(3);
CT3/AC23≤1.45------------------(4);
ALT/CT1≤3.75-------------------(5);
CT2/(AC12+AC45)≥0.90---------(6);
(CT4+CT5)/CT1≤1.25------------(7);
AC23/(AC34+AC45)≥2.60--------(8);
CT3/CT2≥1.85---------------------(9);
CT3/AC34≥11.00-----------------(10);
ALT/(CT4+CT5)≥2.90------------(11);及
AAG/AC23≤2.10------------------(12)。
当镜头愈缩愈短时,其镜头的系统焦距(EFL)会变小且各透镜之间的空气间隙也会缩短,可以利于镜头长度缩短,当满足上述条件式(2)时,可使得AC23落在合适的范围内,而避免AC23的长度过长,而较佳地是满足5.70≤EFL/AC23≤8.00。
当满足上述条件式(3)时,则可使得AC12与CT2落在合适的范围内,以避免AC12及CT2的长度过长,而较佳地是满足8.50≤EFL/(AC12+CT2)≤15.00。
为使镜头长度缩短,会朝向将CT3及AC23缩短的方向设计,而与该第三透镜5的厚度相比,AC23缩短的幅度较小,因此当满足上述条件式(4)时,则可使得CT3与AC23落在合适的范围内,以让镜头长度缩短,而较佳地是满足1.00≤CT3/AC23≤1.45。
由于该第一透镜3为正屈光率,因此该第一透镜3厚度缩小的幅度较小,当满足上述条件式(5)时,会使得CT1和ALT落在合适的范围内,而让镜头长度缩短,而较佳地是满足1.50≤ALT/CT1≤3.75。
为使镜头长度缩短,会将各透镜的厚度以及各空气间隙缩短,当满足上述条件式(6)时,可以避免该第一透镜3与该第二透镜4之间的空气间隙AC12及该第四透镜6与该第五透镜7之间的空气间隙AC45过大,而不利于镜头长度缩短,而较佳地是满足0.90≤CT2/(AC12+AC45)≤4.00。
由于该第四透镜6与该第五透镜7具有较大的光学有效径,因此该第四透镜6与该第五透镜7皆需要有一定的厚度而使得制作上较为容易,但是也不能无限制的将厚度放大,否则会不利于镜头长度缩短,因此当满足上述条件式(7)时,会使CT4与CT5落在合适的范围内,使得镜头长度缩短,而较佳地是满足0.40≤(CT4+CT5)/CT1≤1.25。
由于该第二透镜4的该像侧面42具有位于圆周附近区域的该凹面部421,且该第三透镜5的该物侧面51具有位于圆周附近区域的该凹面部511,因此AC23可以稍微较大,而相较于AC23,其AC34及AC45缩短的幅度较大,所以当满足上述条件式(8)时,可以使得AC23、AC34,及AC45落在合适的范围内,而使得镜头长度缩短,而较佳地是满足2.60≤AC23/(AC34+AC45)≤7.00。
于缩短镜头的过程中,会将各透镜厚度变薄,与该第二透镜4相比,该第三透镜5厚度缩小的程度可以较大,因此当满足上述条件式(9)时,会使得CT2与CT3落在合适的范围内,让镜头长度缩短,而较佳地是满足1.85≤CT3/CT2≤5.00。
随着镜头长度的缩短,各透镜之间的空气间隙也会变小,由于该第三透镜5与该第四透镜6之间的空气间隙AC34缩短的幅度较大,因此当满足上述条件式(10)时,会使得CT3与AC34落在合适的范围内,让镜头长度缩短,而较佳地是满足11.00≤CT3/AC34≤22.00。
由于该第四透镜6与该第五透镜7具有较大的光学有效径,因此该第四透镜6与该第五透镜7需要有一定的厚度而使得制作上较为容易,但是厚度也不能无限制的放大,否则会不利于镜头长度缩短,因此当满足上述条件式(11)时,使得CT4与CT5较小且落在合适的范围内,让镜头长度缩短,而较佳地是满足2.90≤ALT/(CT4+CT5)≤6.50。
当满足上述条件式(12)时,则可使得AAG与AC23落在合适的范围内,以避免AAG及AC23的长度过长,以让镜头长度缩短,而较佳地是满足1.00≤AAG/AC23≤2.10。
综上所述,本发明光学成像镜头10,可获致下述的功效及优点,故能达到本发明的目的。
一、该第一透镜3为正屈光率,可以增加聚光能力,并压低感测组件(Sensor)边缘处的成像光线的主光线角度(Chief Ray Angle),达成近似平行光的输入,并可以确保影像不会失真。
二、该第二透镜4的该像侧面42具有位于圆周附近区域的该凹面部421及该第三透镜5的该物侧面51具有位于圆周附近区域的该凹面部511,有利修正像差,以确保成像边缘部分的成像质量。
三、该第四透镜6的该物侧面61具有位于光轴I附近区域的该凸面部611及该像侧面62具有位于光轴I附近区域的该凹面部621,有利于修正像差。
四、该第五透镜7的该像侧面72具有位于光轴I附近区域的该凹面部721,若能再搭配位于圆周附近区域的该凸面部722,则可以提高成像质量。
五、本发明通过相关设计参数的控制,例如EFL/AC23、EFL/(AC12+CT2)、CT3/AC23、ALT/CT1、CT2/(AC12+AC45)、(CT4+CT5)/CT1、AC23/(AC34+AC45)、CT3/CT2、CT3/AC34、ALT/(CT4+CT5,及AAG/AC23等参数,使整个系统具有较佳的消除像差能力,例如消除球差的能力,再配合该等透镜3、4、5、6、7物侧面31、41、51、61、71或像侧面32、42、52、62、72的凹凸形状设计与排列,使该光学成像镜头10在缩短系统长度的条件下,仍具备能够有效克服色像差的光学性能,并提供较佳的成像质量。
六、由前述四个较佳实施例的说明,表明本发明光学成像镜头10的设计,上述这些较佳实施例的系统长度皆可以缩短到6mm以内,相较于现有的光学成像镜头,应用本发明的镜头能制造出更薄型化的产品,使本发明具有符合市场需求的经济效益。
参阅图19,为应用前述该光学成像镜头10的可携式电子装置1的一第一较佳实施例,该可携式电子装置1包含一机壳11,及一安装在该机壳11内的影像模块12。在此仅是以手机为例说明该可携式电子装置1,但该可携式电子装置1的型式不以此为限。
该影像模块12包括一如前所述的该光学成像镜头10、一用于供该光学成像镜头10设置的镜筒21、一用于供该镜筒21设置的模块后座单元120,及一设置于该光学成像镜头10像侧的影像传感器130。该成像面9(见图1)是形成于该影像传感器130。
该模块后座单元120具有一镜头后座121,及一设置于该镜头后座121与该影像传感器130之间的影像传感器后座122。其中,该镜筒21是和该镜头后座121沿一轴线II同轴设置,且该镜筒21设置于该镜头后座121内侧。
参阅图20,为应用前述该光学成像镜头10的可携式电子装置1的一第二较佳实施例,该第二较佳实施例与该第一较佳实施例的该可携式电子装置1的主要差别在于:该模块后座单元120为音圈马达(VCM)型式。该镜头后座121具有一与该镜筒21外侧相贴合且沿一轴线III设置的第一座体123、一沿该轴线III并环绕着该第一座体123外侧设置的第二座体124、一设置在该第一座体123外侧与该第二座体124内侧之间的线圈125,及一设置在该线圈125外侧与该第二座体124内侧之间的磁性组件126。
该镜头后座121的第一座体123可带着该镜筒21及设置在该镜筒21内的该光学成像镜头10沿该轴线III移动。该影像传感器后座122则与该第二座体124相贴合。其中,该红外线滤光片8则是设置在该影像传感器后座122。该可携式电子装置1的第二较佳实施例的其他组件结构则与第一较佳实施例的该可携式电子装置1类似,在此不再赘述。
通过安装该光学成像镜头10,由于该光学成像镜头10的系统长度能有效缩短,使该可携式电子装置1的第一较佳实施例与第二较佳实施例的厚度都能相对缩小进而制出更薄型化的产品,且仍然能够提供良好的光学性能与成像质量,藉此,使本发明的该可携式电子装置1除了具有减少机壳原料用量的经济效益外,还能满足轻薄短小的产品设计趋势与消费需求。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。