CN106468815B - 光学成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依序包括第一透镜、第二透镜、光圈、第三透镜及第四透镜，各透镜都具有一物侧面及一像侧面。第一透镜具有负屈光率。第二透镜的物侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部，且第四透镜的像侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，且该光学成像镜头符合：ALT/(G12+G34)≦2.4。本发明的光学成像镜头用于光学摄影成像，本发明的系统像差、场曲像差以及畸变像差得以减少，光学成像镜头具有良好的光学性能，并且能提供良好的成像质量。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光学镜头，且特别是有关于一种光学成像镜头。
背景技术
近年来，手机和数码相机等携带型电子产品的普及使得影像模块相关技术蓬勃发展，此影像模块主要包含光学成像镜头、模块后座单元(module holder unit)与传感器(sensor)等元件，而手机和数码相机的薄型轻巧化趋势也让影像模块的小型化需求愈来愈高。随着电荷耦合元件(charge coupled device,CCD)与互补式金属氧化物半导体元件(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)之技术进步和尺寸缩小化，装载在影像模块中的光学成像镜头也需要相应地缩短长度。但是，为了避免摄影效果与质量下降，在缩短光学成像镜头的长度时仍然要兼顾良好的光学性能。光学成像镜头最重要的特性不外乎就是成像质量与体积。
另一方面，便携式电子产品(例如手机、相机、平板计算机、个人数位助理、车用摄影装置等)的规格日新月异，其关键零组件─光学成像镜头也更加多样化发展。此外，在近来快速发展的虚拟实境(virtual reality,VR)装置追踪系统的应用中，除了需要设计出具有良好且稳定光学性质的光学成像镜头规格，光学成像镜头具备宽广的视场角度也是一发展重点。
以四片式透镜结构而言，如何制作出符合消费性电子产品需求的光学成像镜头，其成像质量良好并具备优异视场角度以及较短的镜头长度，长久以来一直是本领域各界所热切追求的。
发明内容
本发明提供一种光学成像镜头，其具有较大的视场角，且其在缩短镜头系统长度的条件下，具有良好且稳定的光学性能。
本发明的一实施例提出一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、光圈、第三透镜及第四透镜，且第一透镜至第四透镜各自包括朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。第一透镜具有负屈光率。第二透镜的物侧面具有位于光轴附近区域的凹面部，且第四透镜的像侧面具有位于圆周附近区域的凸面部。光学成像镜头只有四个具有屈光率的透镜，且光学成像镜头符合：ALT/(G12+G34)≦2.4。其中，ALT为第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜这四个透镜在光轴上的厚度总和。G12为第一透镜到第二透镜在光轴上的空气间隙，且G34为第三透镜到第四透镜在光轴上的空气间隙。
基于上述，本发明的实施例的光学成像镜头的有益效果在于：在第一透镜具有负屈光率且光圈位于第二透镜以及第三透镜之间的情况下，光学成像镜头的视场角得以扩大。另外，第二透镜的物侧面具有位于光轴附近区域的凹面部，且第四透镜的像侧面具有位于圆周附近区域的凸面部。基于以上设计，光学成像镜头的系统像差、场曲像差以及畸变像差得以减少，光学成像镜头具有良好的光学性能，并且能提供良好的成像质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是一示意图，说明一透镜的面型结构。
图2是一示意图，说明一透镜的面型凹凸结构及光线焦点。
图3是一示意图，说明一范例一的透镜的面型结构。
图4是一示意图，说明一范例二的透镜的面型结构。
图5是一示意图，说明一范例三的透镜的面型结构。
图6是本发明之第一实施例之光学成像镜头的示意图。
图7的A至D是第一实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图8是本发明之第一实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图9是本发明之第一实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图10为本发明的第二实施例的光学成像镜头的示意图。
图11的A至D是第二实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图12是本发明之第二实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图13是本发明之第二实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图14为本发明的第三实施例的光学成像镜头的示意图。
图15的A至D是第三实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图16是本发明之第三实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图17是本发明之第三实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图18为本发明的第四实施例的光学成像镜头的示意图。
图19的A至D是第四实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图20是本发明之第四实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图21是本发明之第四实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图22为本发明的第五实施例的光学成像镜头的示意图。
图23的A至D是第五实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图24是本发明之第五实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图25是本发明之第五实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图26为本发明的第六实施例的光学成像镜头的示意图。
图27的A至D是第六实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图28是本发明之第六实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图29是本发明之第六实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图30为本发明的第七实施例的光学成像镜头的示意图。
图31的A至D是第七实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图32是本发明之第七实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图33是本发明之第七实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图34为本发明的第八实施例的光学成像镜头的示意图。
图35的A至D是第八实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图36是本发明之第八实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图37是本发明之第八实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图38为本发明的第九实施例的光学成像镜头的示意图。
图39的A至D是第九实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图40是本发明之第九实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图41是本发明之第九实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图42为本发明的第十实施例的光学成像镜头的示意图。
图43的A至D是第十实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图44是本发明之第十实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图45是本发明之第十实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图46为本发明的第十一实施例的光学成像镜头的示意图。
图47的A至D是第十一实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。
图48是本发明之第十一实施例之光学成像镜头的详细光学数据。
图49是本发明之第十一实施例之光学成像镜头的非球面参数。
图50是本发明之第一至第五实施例之光学成像镜头的各重要参数及其关系式的数值。
图51是本发明之第六至第十一实施例之光学成像镜头的各重要参数及其关系式的数值。
具体实施方式
本篇说明书所言之「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来之光轴上的屈光率为正(或为负)。该像侧面、物侧面定义为成像光线通过的范围，其中成像光线包括了主光线(chief ray)Lc及边缘光线(marginal ray)Lm，如图1所示，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，光线通过光轴上的区域为光轴附近区域A，边缘光线通过的区域为圆周附近区域C，此外，该透镜还包含一延伸部E(即圆周附近区域C径向上向外的区域)，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之结构与形状并不限于此，以下之实施例为求附图简洁均省略了部分的延伸部。更详细的说，判定面形或光轴附近区域、圆周附近区域、或多个区域的范围的方法如下：
请参照图1，其是一透镜径向上的剖视图。以该剖视图观之，在判断前述区域的范围时，定义一中心点为该透镜表面上与光轴的一交点，而一转换点是位于该透镜表面上的一点，且通过该点的一切线与光轴垂直。如果径向上向外有复数个转换点，则依序为第一转换点，第二转换点，而有效半效径上距光轴径向上最远的转换点为第N转换点。中心点和第一转换点之间的范围为光轴附近区域，第N转换点径向上向外的区域为圆周附近区域，中间可依各转换点区分不同的区域。此外，有效半径为边缘光线Lm与透镜表面交点到光轴I上的垂直距离。
如图2所示，该区域的形状凹凸是以平行通过该区域的光线(或光线延伸线)与光轴的交点在像侧或物侧来决定(光线焦点判定方式)。举例言之，当光线通过该区域后，光线会朝像侧聚焦，与光轴的焦点会位在像侧，例如图2中R点，则该区域为凸面部。反之，若光线通过该某区域后，光线会发散，其延伸线与光轴的焦点在物侧，例如图2中M点，则该区域为凹面部，所以中心点到第一转换点间为凸面部，第一转换点径向上向外的区域为凹面部；由图2可知，该转换点即是凸面部转凹面部的分界点，因此可定义该区域与径向上相邻该区域的内侧的区域，以该转换点为分界具有不同的面形。另外，若是光轴附近区域的面形判断可依该领域中通常知识者的判断方式，以R值(指近轴的曲率半径，通常指光学软件中的透镜数据库(lens data)上的R值)正负判断凹凸。以物侧面来说，当R值为正时，判定为凸面部，当R值为负时，判定为凹面部；以像侧面来说，当R值为正时，判定为凹面部，当R值为负时，判定为凸面部，此方法判定出的凹凸和光线焦点判定方式相同。
若该透镜表面上无转换点，该光轴附近区域定义为有效半径的0～50％，圆周附近区域定义为有效半径的50～100％。
图3范例一的透镜像侧表面在有效半径上仅具有第一转换点，则第一区为光轴附近区域，第二区为圆周附近区域。此透镜像侧面的R值为正，故判断光轴附近区域具有一凹面部；圆周附近区域的面形和径向上紧邻该区域的内侧区域不同。即，圆周附近区域和光轴附近区域的面形不同；该圆周附近区域具有一凸面部。
图4范例二的透镜物侧表面在有效半径上具有第一及第二转换点，则第一区为光轴附近区域，第三区为圆周附近区域。此透镜物侧面的R值为正，故判断光轴附近区域为凸面部；第一转换点与第二转换点间的区域(第二区)具有一凹面部，圆周附近区域(第三区)具有一凸面部。
图5范例三的透镜物侧表面在有效半径上无转换点，此时以有效半径0％～50％为光轴附近区域，50％～100％为圆周附近区域。由于光轴附近区域的R值为正，故此物侧面在光轴附近区域具有一凸面部；而圆周附近区域与光轴附近区域间无转换点，故圆周附近区域具有一凸面部。
图6是本发明之第一实施例之光学成像镜头的示意图，而图7的A至D是第一实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图6，本发明的第一实施例之光学成像镜头10从物侧至像侧沿光学成像镜头10的一光轴I依序包含一第一透镜3、一第二透镜4、一光圈2、一第三透镜5、一第四透镜6及一保护玻璃9。当由一待拍摄物所发出的光线进入光学成像镜头10，并经由第一透镜3、第二透镜4、光圈2、第三透镜5、第四透镜6及保护玻璃9之后，会在一成像面100(image plane)形成一影像。补充说明的是，物侧是朝向待拍摄物的一侧，而像侧是朝向成像面100的一侧。
第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6及保护玻璃9都各自具有一朝向物侧且使成像光线通过之物侧面31、41、51、61、91及一朝向像侧且使成像光线通过之像侧面32、42、52、62、92。
在本实施例中，第一透镜3至第四透镜6皆具备屈光率。此外，第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6由塑胶材质所制成，且第三透镜5由玻璃所制成。由于第三透镜5由玻璃所制成，光学成像镜头10的成像质量有较佳的热稳定性。然而，第一透镜3至第四透镜6的材质仍不以此为限制。
第一透镜3具有负屈光率。第一透镜3的物侧面31为一凸面，且具有一位于光轴I附近区域的凸面部311及一位于圆周附近区域的凸面部312。第一透镜3的像侧面32为一凹面，且具有一位于光轴I附近区域的凹面部321及一位于圆周附近区域的凹面部322。在本实施例中，第一透镜3的物侧面31与像侧面32皆为非球面。
第二透镜4具有正屈光率。第二透镜4的物侧面41为一凹面，且具有一位于光轴I附近区域的凹面部411及一位于圆周附近区域的凹面部412。第二透镜4的像侧面42为一凸面，且具有一在光轴I附近区域的凸面部421及一位于圆周附近区域的凸面部422。在本实施例中，第二透镜4的物侧面41与像侧面42皆为非球面。
第三透镜5具有正屈光率。第三透镜5的物侧面51为一凸面，且具有一位于光轴I附近区域的凸面部511及一位于圆周附近区域的凸面部512。第三透镜5的像侧面52为一凸面，且具有一位于光轴I附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部522。在本实施例中，第三透镜5的物侧面51与像侧面52皆为非球面。
第四透镜6具有负屈光率。第四透镜6的物侧面61为一凹面，且具有一位于光轴I附近区域的凹面部611及一位于圆周附近区域的凹面部612。第四透镜6的像侧面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。在本实施例中，第四透镜6的物侧面61与像侧面62皆为非球面。
第一实施例的其他详细光学数据如图8所示，且第一实施例的整体系统焦距(effective focal length,EFL)为1.861mm，半视角(half field of view,HFOV)为73.000°，光圈值(f-number,Fno)为2.80，其系统长度为10.817mm。其中，系统长度是指由第一透镜3的物侧面31到成像面100在光轴I上的距离。
此外，在本实施例中，第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5以及第四透镜6的物侧面31、41、51、61及像侧面32、42、52、62共计八个面均是非球面，而这些非球面是依下列公式定义：
其中：
R:透镜表面近光轴I处的曲率半径；
Z：非球面之深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
Y：非球面曲线上的点与光轴I的距离；
K：锥面系数(conic constant)；
a2i：第2i阶非球面系数。
第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数如图9所示。其中，图9中栏位编号31表示其为第一透镜3的物侧面31的非球面系数，其它栏位依此类推。
另外，第一实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图50所示。
其中，
T1为第一透镜3在光轴I上的厚度；
T2为第二透镜4在光轴I上的厚度；
T3为第三透镜5在光轴I上的厚度；
T4为第四透镜6在光轴I上的厚度；
G12为第一透镜3到第二透镜4在光轴I上的空气间隙；
G23为第二透镜4到第三透镜5在光轴I上的空气间隙；
G34为第三透镜5到第四透镜6在光轴I上的空气间隙；
AAG为第一透镜3到第四透镜6在光轴I上的三个空气间隙总和；
ALT为第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5以及第四透镜6这四个透镜在光轴I上的厚度总和；
EFL为光学成像镜头10的系统焦距；
BFL为第四透镜6的像侧面62到成像面100在光轴I上的距离；及
TTL为第一透镜3的物侧面31到光学成像镜头10的成像面100在光轴I上的距离；
另外，再定义：
V1为第一透镜3的阿贝系数；
V2为第二透镜4的阿贝系数；
V3为第三透镜5的阿贝系数；
V4为第四透镜6的阿贝系数；
G4F为第四透镜6到保护玻璃9在光轴I上的空气间隙；
GFP为保护玻璃9到成像面100在光轴I上的空气间隙；及
TF为保护玻璃9在光轴I上的厚度；
再配合参阅图7A至图7D，图7A的图式说明第一实施例的纵向球差(longitudinalspherical aberration)，图7B与图7C的图式则分别说明第一实施例在成像面100上有关弧矢(sagittal)方向的场曲(field curvature)像差及子午(tangential)方向的场曲像差，图7D的图式则说明第一实施例在成像面100上的畸变像差(distortion aberration)。本第一实施例的纵向球差图示图7A是在光瞳半径(pupil radius)为0.3323mm时所模拟的。另外，本第一实施例的纵向球差图示图7A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±4.0μm范围内，故本实施例确实明显改善相同波长的球差，此外，830nm、850nm以及870nm三种代表波长彼此间的距离也相当接近，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7B与图7C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±20μm内，说明本第一实施例的光学系统能有效消除像差。而图7D的畸变像差图式则显示本第一实施例的畸变像差维持在±70％的范围内，说明本第一实施例的畸变像差已符合光学系统的成像质量要求，据此说明本第一实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.817mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量，故本第一实施例能在维持良好光学性能之条件下，缩短镜头长度以及扩大拍摄角度，以实现薄型化并增加视场角的产品设计。
图10为本发明的第二实施例的光学成像镜头的示意图，而图11A至图11D为第二实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图10，本发明光学成像镜头10的一第二实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图10中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图12所示，且第二实施例的整体系统焦距为1.803mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为11.073mm。
如图13所示，则为第二实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第二实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图50所示。
本第二实施例的纵向球差图示图11A是在光瞳半径为0.3219mm时所模拟的。本第二实施例的纵向球差图示图11A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±4.5μm范围内。在图11B与图11C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±16μm内。而图11D的畸变像差附图则显示本第二实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第二实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至11.073mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第二实施例相较于第一实施例的优点在于：第二实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围。另外，第二实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图14为本发明的第三实施例的光学成像镜头的示意图，而图15的A至D是第三实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图14，本发明光学成像镜头10的一第三实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图14中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图16所示，且第三实施例的整体系统焦距为1.698mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.895mm。
在第三实施例中，第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62均是非球面，而第三透镜5的物侧面51及像侧面52为球面。如图17所示，则为第三实施例的第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第三实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图50所示。
本第三实施例的纵向球差图示图15A是在光瞳半径为0.3033mm时所模拟的。本第三实施例的纵向球差图示图15A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±5.0μm范围内。在图15B与图15C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±16μm内。而图15D的畸变像差附图则显示本第三实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第三实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.895mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第三实施例相较于第一实施例的优点在于：第三实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围。另外，第三实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图18为本发明的第四实施例的光学成像镜头的示意图，而图19的A至D是第四实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图18，本发明光学成像镜头10的一第四实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图18中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图20所示，且第四实施例的整体系统焦距为1.827mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为11.458mm。
如图21所示，则为第四实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第四实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图50所示。
本第四实施例的纵向球差图示图19A是在光瞳半径为0.3262mm时所模拟的。本第四实施例的纵向球差图示图19A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±5.0μm范围内。在图19B与图19C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±20μm内。而图19D的畸变像差附图则显示本第四实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第四实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至11.458mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第四实施例相较于第一实施例的优点在于：第四实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图22为本发明的第五实施例的光学成像镜头的示意图，而图23的A至D是第五实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图22，本发明光学成像镜头10的一第五实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图22中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图24所示，且第五实施例的整体系统焦距为1.843mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.795mm。
如图25所示，则为第五实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第五实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图50所示。
本第五实施例的纵向球差图示图23A是在光瞳半径为0.3291mm时所模拟的。本第五实施例的纵向球差图示图23A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±5.0μm范围内。在图23B与图23C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±20μm内。而图23D的畸变像差附图则显示本第五实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第五实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.795mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第五实施例相较于第一实施例的优点在于：第五实施例的镜头长度(系统长度)小于第一实施例。另外，第五实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图26为本发明的第六实施例的光学成像镜头的示意图，而图27的A至D是第六实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图26，本发明光学成像镜头10的一第六实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图26中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图28所示，且第六实施例的整体系统焦距为1.883mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为9.371mm。
如图29所示，则为第六实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第六实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第六实施例的纵向球差图示图27A是在光瞳半径为0.3362mm时所模拟的。本第六实施例的纵向球差图示图27A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±4.5μm范围内。在图27B与图27C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±20μm内。而图27D的畸变像差附图则显示本第六实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第六实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至9.371mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第六实施例相较于第一实施例的优点在于：第六实施例的镜头长度(系统长度)小于第一实施例。另外，第六实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图30为本发明的第七实施例的光学成像镜头的示意图，而图31的A至D是第七实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图30，本发明光学成像镜头10的一第七实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图30中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图32所示，且第七实施例的整体系统焦距为1.845mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.679mm。
在第七实施例中，第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62均是非球面，而第三透镜5的物侧面51及像侧面52为球面。如图33所示，则为第七实施例的第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第七实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第七实施例的纵向球差图示图31A是在光瞳半径为0.3295mm时所模拟的。本第七实施例的纵向球差图示图31A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±5.0μm范围内。在图31B与图31C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±16μm内。而图31D的畸变像差附图则显示本第七实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第七实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.679mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第七实施例相较于第一实施例的优点在于：第七实施例的镜头长度(系统长度)小于第一实施例。另外，第七实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围，且第七实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图34为本发明的第八实施例的光学成像镜头的示意图，而图35的A至D是第八实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图34，本发明光学成像镜头10的一第八实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图34中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图36所示，且第八实施例的整体系统焦距为1.773mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为11.048mm。
在第八实施例中，第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62均是非球面，而第三透镜5的物侧面51及像侧面52为球面。如图37所示，则为第八实施例的第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第八实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第八实施例的纵向球差图示图35A是在光瞳半径为0.3166mm时所模拟的。本第八实施例的纵向球差图示图35A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±5.0μm范围内。在图35B与图35C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±12μm内。而图35D的畸变像差附图则显示本第八实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第八实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至11.048mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第八实施例相较于第一实施例的优点在于：第八实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围，且第八实施例在子午方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在子午方向上的场曲像差的范围。另外，第八实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图38为本发明的第九实施例的光学成像镜头的示意图，而图39的A至D是第九实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图38，本发明光学成像镜头10的一第九实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图38中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图40所示，且第九实施例的整体系统焦距为1.880mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.910mm。
如图41所示，则为第九实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第九实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第九实施例的纵向球差图示图39A是在光瞳半径为0.3356mm时所模拟的。本第九实施例的纵向球差图示图39A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±4.5μm范围内。在图39B与图39C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±16μm内。而图39D的畸变像差附图则显示本第九实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第九实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.910mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第九实施例相较于第一实施例的优点在于：第九实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围小于第一实施例在弧矢方向上的场曲像差的范围。另外，第九实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图42为本发明的第十实施例的光学成像镜头的示意图，而图43的A至D是第十实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图42，本发明光学成像镜头10的一第十实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图42中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图44所示，且第十实施例的整体系统焦距为1.868mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.377mm。
如图45所示，则为第十实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第十实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第十实施例的纵向球差图示图43A是在光瞳半径为0.3336mm时所模拟的。本第十实施例的纵向球差图示图43A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±3.0μm范围内。在图43B与图43C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±30μm内。而图43D的畸变像差附图则显示本第十实施例的畸变像差维持在±70％的范围内。据此说明本第十实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.377mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第十实施例相较于第一实施例的优点在于：第十实施例的镜头长度(系统长度)小于第一实施例，且第十实施例的纵向球差的范围小于第一实施例的纵向球差的范围。另外，第十实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
图46为本发明的第十一实施例的光学成像镜头的示意图，而图47的A至D是第十一实施例之光学成像镜头的纵向球差与各项像差图。请先参照图46，本发明光学成像镜头10的一第十一实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5、6间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图46中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。
光学成像镜头10详细的光学数据如图48所示，且第十一实施例的整体系统焦距为2.512mm，半视角(HFOV)为73.000°，光圈值(Fno)为2.80，系统长度为10.243mm。
在第十一实施例中，第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62均是非球面，而第三透镜5的物侧面51及像侧面52为球面。如图49所示，则为第十一实施例的第一透镜3、第二透镜4以及第四透镜6的物侧面31、41、61及像侧面32、42、62在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第十一实施例之光学成像镜头10中各重要参数间的关系如图51所示。
本第十一实施例的纵向球差图示图47A是在光瞳半径为0.4486mm时所模拟的。本第十一实施例的纵向球差图示图47A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±12μm范围内。在图47B与图47C的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±30μm内。而图47D的畸变像差附图则显示本第十一实施例的畸变像差维持在±80％的范围内。据此说明本第十一实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至10.243mm左右的条件下，仍能提供较佳的成像质量。
经由上述说明可得知，第十一实施例相较于第一实施例的优点在于：第十一实施例的镜头长度(系统长度)小于第一实施例。另外，第十一实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
再配合参阅图50至图51。图50为上述第一实施例至第五实施例的各项光学参数的表格图，且图51为上述第六实施例至第十一实施例的各项光学参数的表格图。当本发明的实施例的光学成像镜头10中的各项光学参数间的关系式符合下列条件式的至少其中之一时，可协助设计者设计出具备良好光学性能、整体长度有效缩短、且技术上可行之光学成像镜头：
一、在第一透镜具有负屈光率且光圈位于第二透镜以及第三透镜之间的情况下，光学成像镜头的视场角得以扩大。另外，第二透镜面对物侧的物侧面具有位于光轴附近区域的凹面部，且第四透镜面对像侧的像侧面具有位于圆周附近区域的凸面部。基于以上设计，光学成像镜头的系统像差、场曲像差以及畸变像差得以减少，光学成像镜头具有良好且稳定的光学性能，并且能在缩短镜头系统长度的条件下，提供良好的成像质量。
此外，当第二透镜面对像侧的像侧面具有位于圆周附近区域的凸面部时，则光学成像镜头的配置更为优化。
在本发明的实施例中，光学成像镜头只有四个具有屈光率的透镜。为了达成缩短透镜系统长度，本发明的实施例适当的缩短透镜厚度和透镜间的空气间隙，但考量到透镜组装过程的难易度以及必须兼顾成像质量的前提下，透镜厚度及透镜间的空气间隙彼此需互相调配，使各透镜的厚度与间隔维持一适当值，避免任一参数过大而不利于光学成像镜头10整体之薄型化，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度，故在满足以下条件式的数值限定之下，光学成像系统能达到较佳的配置，使得光学成像镜头10兼具较短的镜头系统长度以及良好的成像质量：
ALT/(G12+G34)≦2.4，较佳为0.9≦ALT/(G12+G34)≦2.4；
T2/G34≦5.5，较佳为1.0≦T2/G34≦5.5；
TTL/(G34+T4)≦10.0，较佳为4.0≦TTL/(G34+T4)≦10.0；
(G12+G23)/T2≦3.2，较佳为1.0≦(G12+G23)/T2≦3.2；
ALT/(T1+T4)≧3.0，较佳为3.0≦ALT/(T1+T4)≦6.5；
(T2+T3)/G23≧3.0，较佳为3.0≦(T2+T3)/G23≦27.0；
AAG/T1≧5.0，较佳为5.0≦AAG/T1≦11.0；
(T3+T4)/G34≦9.0，较佳为0.8≦(T3+T4)/G34≦9.0；
AAG/G23≧3.4，较佳为3.4≦AAG/G23≦15.0；
T3/T1≧2.2，较佳为2.2≦T3/T1≦7.2；
(T1+T2)/G23≧2.5，较佳为2.5≦(T1+T2)/G23≦14.0；
T2/T1≧2.2，较佳为2.2≦T2/T1≦6.5；
ALT/T1≧6.0，较佳为6.0≦ALT/T1≦15.1；
以上设计是考量制程难易程度的情况下所作的调整。基于以上设计，光学成像镜头的制程难度可以降低，因此其具有高制程良率。
二、在利用缩短光学成像镜头的空气间隙的手段将镜头系统长度缩短的过程中，光学成像镜头的系统焦距也会随之所短，因此当满足以下条件式的数值限定，光学成像镜头的制程难度不会过度增加，且光学成像镜头得以实现较佳配置。
EFL/G34≦7.5，较佳为1.0≦EFL/G34≦7.5；
EFL/T1≧2.5，较佳为2.5≦EFL/T1≦4.5；
然而，有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的实施例的架构之下，符合上述条件式能较佳地使本发明镜头长度缩短、可用光圈增大、视场角增加、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。
此外，关于前述所列之示例性限定关系式，亦可任意选择性地合并不等数量施用于本发明之实施态样中，并不限于此。在实施本发明时，除了前述关系式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制，举例来说，第二透镜的像侧面上可选择性地额外形成有一位于光轴附近区域的凹面部或一位于圆周附近区域的凹面部。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中。
综上所述，本发明的实施例的光学成像镜头10可获致下述的功效及优点：
一、本发明各实施例的纵向球差、像散像差、畸变皆符合使用规范。另外，830纳米、850纳米、870纳米三种代表波长在不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一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皆获得控制而具有良好的球差、像差、畸变抑制能力。进一步参阅成像质量数据，830纳米、850纳米、870纳米三种代表波长彼此间的距离亦相当接近，显示本发明的实施例在各种状态下对不同波长光线的集中性佳而具有优良的色散抑制能力，故透过上述可知本发明的实施例具备良好光学性能。
二、在本发明的实施例中，光学成像镜头10中的第一透镜3具有负屈光率且光圈2位于第二透镜4以及第三透镜5之间，使得光学成像镜头10的视场角扩大。另外，由于第二透镜4面对物侧的物侧面41具有位于光轴I附近区域的凹面部411，且第四透镜6面对像侧的像侧面62具有位于圆周附近区域的凸面部622，因此光学成像镜头10的系统像差、场曲像差以及畸变像差得以减少，光学成像镜头10具有良好的光学性能，并且能提供良好的成像质量。
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。
Claims (15)
1.一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一光圈、一第三透镜及一第四透镜，且该第一透镜至该第四透镜各自包括一朝向物侧且定义为成像光线通过的范围的物侧面及一朝向像侧且定义为成像光线通过的范围的像侧面；
该第一透镜具有负屈光率；
该第二透镜的该物侧面具有一位于该光轴附近区域的凹面部；
该第四透镜具有负屈光率，该第四透镜的该像侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部；
其中，该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有四片，且该光学成像镜头符合：
ALT/(G12+G34)≦2.4，及
(T2+T3)/G23≧3.0；
其中，ALT为该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜以及该第四透镜这四个透镜在该光轴上的厚度总和，G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，G34为该第三透镜到该第四透镜在该光轴上的空气间隙，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，T3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且G23为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
2.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第二透镜的该像侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。
3.如权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：T2/G34≦5.5。
4.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：TTL/(G34+T4)≦10.0，其中TTL为该第一透镜的该物侧面到该光学成像镜头的成像面在该光轴上的距离，且T4为该第四透镜在该光轴上的厚度。
5.如权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：(G12+G23)/T2≦3.2。
6.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：EFL/G34≦7.5，其中EFL为该光学成像镜头的系统焦距。
7.如权利要求6所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：ALT/(T1+T4)≧3.0，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且T4为该第四透镜在该光轴上的厚度。
8.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：AAG/T1≧5.0，其中AAG为该第一透镜到该第四透镜在该光轴上的三个空气间隙总和，且T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
9.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：(T3+T4)/G34≦9.0，其中T4为该第四透镜在该光轴上的厚度。
10.如权利要求9所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：AAG/G23≧3.4，其中AAG为该第一透镜到该第四透镜在该光轴上的三个空气间隙总和。
11.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：EFL/T1≧2.5，其中EFL为该光学成像镜头的系统焦距，且T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
12.如权利要求11所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：T3/T1≧2.2。
13.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：(T1+T2)/G23≧2.5，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
14.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：T2/T1≧2.2，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
15.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该光学成像镜头更符合：ALT/T1≧6.0，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
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