CN108459394B - 光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，包含有第一透镜至第四透镜共四片透镜。第一透镜，具有负屈光率、第二透镜的物侧面的圆周区域为凹面、以及第三透镜的物侧面的光轴区域为凹面。此光学成像镜头只有上述第一透镜至第四透镜共四片透镜具有屈光率，υ1为第一透镜的阿贝系数、υ2为第二透镜的阿贝系数、υ3为第三透镜的阿贝系数、υ4为第四透镜的阿贝系数，且符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000。所述光学成像镜头具缩减光学镜头系统长度、确保成像质量、维持或提升视场角度、维持光圈大小、具备良好光学性能及技术上可行的效果，主要用于拍摄影像及录像，并可应用于便携式电子产品或车用摄影装置中，还可适用于3D感测应用。

Description

光学成像镜头
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种光学成像镜头。
背景技术
消费性电子产品的规格日新月异，追求轻薄短小的脚步也未曾放慢，因此光学镜头等电子产品的关键零组件在规格上也必须持续提升，以符合消费者的需求。而光学镜头最重要的特性不外乎就是成像质量与体积。其中，就成像质量而言，随着影像感测技术之进步，消费者对于成像质量等的要求也将更加提高，因此在光学镜头设计领域中，除了追求镜头薄型化，同时也必须兼顾镜头成像质量及性能，甚至为了因应行车与光线不足的环境，镜头的视场角与光圈大小的提升或是维持也是必须要考量之课题。以一种四片式透镜结构而言，以往之发明，第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离大，将不利手机和数位相机的薄型化。
然而，光学镜头设计并非单纯将成像质量佳的镜头等比例缩小就能制作出兼具成像质量与微型化的光学镜头，设计过程不仅牵涉到材料特性，还必须考量到制作、组装良率等生产面的实际问题。
因此，微型化镜头的技术难度明显高出传统镜头，故如何制作出符合消费性电子产品需求的光学镜头，并持续提升其成像质量，长久以来一直是本领域产、官、学界所持续精进的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缩减光学镜头之系统长度、确保成像质量、维持或提升视场角度、维持光圈大小、具备良好光学性能以及技术上可行的四片式光学成像镜头。
在本发明的一实施例中，本发明四片式光学成像镜头从物侧至像侧，在光轴上依序安排有第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，都分别具有朝向物侧且使成像光线通过的物侧面，以及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
在本发明的一实施例中，第一透镜具有负屈光率、第二透镜的物侧面的圆周区域为凹面、还有第三透镜的物侧面的光轴区域为凹面。其中，光学成像镜头只有上述第一透镜至第四透镜共四片透镜具有屈光率。另外，υ1为第一透镜的阿贝系数(Abbe number)、υ2为第二透镜的阿贝系数、υ3为第三透镜的阿贝系数、υ4为第四透镜的阿贝系数，且符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000。
在本发明的另一实施例中，第一透镜具有负屈光率、第二透镜的物侧面的圆周区域为凹面、第四透镜的物侧面的光轴区域为凸面。其中，此光学成像镜头只有上述第一透镜至第四透镜共四片透镜具有屈光率。另外，υ1为第一透镜的阿贝系数、υ2为第二透镜的阿贝系数、υ3为第三透镜的阿贝系数、υ4为第四透镜的阿贝系数，且符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000。
在本发明的又一实施例中，第一透镜具有负屈光率、第二透镜的物侧面的圆周区域为凹面、第四透镜的像侧面的光轴区域为凹面。其中，光学成像镜头只有上述第一透镜至第四透镜共四片透镜具有屈光率。另外，υ1为第一透镜的阿贝系数、υ2为第二透镜的阿贝系数、υ3为第三透镜的阿贝系数、υ4为第四透镜的阿贝系数，且符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000。
在本发明光学成像镜头中，实施例还满足以下任一条件：
1.(G12+T2)/(T1+G23)≦2.500；
2.TL/(T1+G23)≦5.500；
3.TTL/(G23+T4)≦5.000；
4.TL/(G23+T4)≦3.500；
5.TTL/(T1+G23)≦5.500；
6.TL/T3≦5.500；
7.(G12+T2)/(T1+G34)≦2.500；
8.TL/(G34+T4)≦5.000；
9.TL/(T1+G34)≧4.500；
10.TL/T4≦6.500；
11.TTL/T1≦8.000；
12.ALT/T1≦5.600；
13.(G12+T2)/T1≦2.500；
14.TTL/(G34+T4)≦4.500；
15.ALT/(G34+T4)≦3.000；
16.TTL/BFL≧5.000；
17.ALT/AAG≧4.000。
其中，T1定义为第一透镜在光轴上的厚度、T2定义为第二透镜在光轴上的厚度、T3定义为第三透镜在光轴上的厚度、T4定义为第四透镜在光轴上的厚度、G12定义为第一透镜与第二透镜间在光轴上的空气间隙、G23定义为第二透镜与第三透镜间在光轴上的空气间隙、G34定义为第三透镜与第四透镜间在光轴上的空气间隙、TL定义为第一透镜的物侧面到第四透镜的像侧面在光轴上的距离、TTL定义为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离、ALT定义为第一透镜到第四透镜在光轴上的四个透镜之厚度总和、BFL定义为第四透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离、AAG定义为第一透镜到第四透镜在光轴上的三个空气间隙总和。
本发明所述光学成像镜头主要用于拍摄影像及录像，并可以应用于例如：行动电话、相机、平板计算机、个人数位助理(Personal Digital Assistant,PDA)等便携式电子产品中，或是车用摄影装置中，还可适用于3D感测应用。
附图说明
图1至图5是本发明光学成像镜头判断曲率形状方法之示意图。
图6是本发明光学成像镜头的第一实施例之示意图。
图7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是本发明光学成像镜头的第二实施例之示意图。
图9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10是本发明光学成像镜头的第三实施例之示意图。
图11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12是本发明光学成像镜头的第四实施例之示意图。
图13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14是本发明光学成像镜头的第五实施例之示意图。
图15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16是本发明光学成像镜头的第六实施例之示意图。
图17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18是本发明光学成像镜头的第七实施例之示意图。
图19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20是本发明光学成像镜头的第八实施例之示意图。
图21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22是本发明光学成像镜头的第九实施例之示意图。
图23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24是本发明光学成像镜头的第十实施例之示意图。
图25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26是第一实施例详细的光学数据表格图。
图27是第一实施例详细的非球面数据表格图。
图28是第二实施例详细的光学数据表格图。
图29是第二实施例详细的非球面数据表格图。
图30是第三实施例详细的光学数据表格图。
图31是第三实施例详细的非球面数据表格图。
图32是第四实施例详细的光学数据表格图。
图33是第四实施例详细的非球面数据表格图。
图34是第五实施例详细的光学数据表格图。
图35是第五实施例详细的非球面数据表格图。
图36是第六实施例详细的光学数据表格图。
图37是第六实施例详细的非球面数据表格图。
图38是第七实施例详细的光学数据表格图。
图39是第七实施例详细的非球面数据表格图。
图40是第八实施例详细的光学数据表格图。
图41是第八实施例详细的非球面数据表格图。
图42是第九实施例详细的光学数据表格图。
图43是第九实施例详细的非球面数据表格图。
图44是第十实施例详细的光学数据表格图。
图45是第十实施例详细的非球面数据表格图。
图46是各实施例之重要参数表格图。
图47是各实施例之重要参数表格图。
具体实施方式
本说明书之光学系统包含至少一透镜，接收入射光学系统之平行于光轴至相对光轴呈半视角(HFOV)角度内的成像光线。成像光线通过光学系统于成像面上成像。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近轴屈光率为正(或为负)。所言之「透镜之物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。成像光线包括至少两类光线：主光线(chief ray)Lc及边缘光线(marginal ray)Lm(如图1所示)。透镜之物侧面(或像侧面)可依不同位置区分为不同区域，包含光轴区域、圆周区域、或在部分实施例中的一个或多个中继区域，该些区域的说明将于下方详细阐述。
附图中的符号说明：1光学成像镜头；2物侧；3像侧；4光轴；10第一透镜；11物侧面；12像侧面；13光轴区域；14圆周区域；16光轴区域；17圆周区域；20第二透镜；21物侧面；22像侧面；23光轴区域；24圆周区域；26光轴区域；27圆周区域；30第三透镜；31物侧面；32像侧面；33光轴区域；34圆周区域；36光轴区域；37圆周区域；40第四透镜；41物侧面；42像侧面；43光轴区域；44圆周区域；46光轴区域；47圆周区域；70滤光片；71成像面；80光圈；100透镜；110物侧面；120像侧面；130组装部；200透镜；211平行光线；212平行光线；300透镜；320像侧面；400透镜；410物侧面；500透镜；510物侧面；A1物侧；A2像侧；CP中心点；CP1第一中心点；CP2第二中心点；TP1第一转换点；TP2第二转换点；OB光学边界；I光轴；Lc主光线；Lm边缘光线；EL延伸线；Z1光轴区域；Z2圆周区域；Z3中继区域；M相交点；R相交点；T1、T2、T3、T4各透镜在光轴上的厚度。
图1为透镜100的径向剖视图。定义透镜100表面上的二参考点：中心点及转换点。透镜表面的中心点为该表面与光轴I的一交点。如图1所例示，第一中心点CP1位于透镜100的物侧面110，第二中心点CP2位于透镜100的像侧面120。转换点是位于透镜表面上的一点，且该点的切线与光轴I垂直。定义透镜表面之光学边界OB为通过该透镜表面径向最外侧的边缘光线Lm与该透镜表面相交的一点。所有的转换点皆位于光轴I与透镜表面之光学边界OB之间。除此之外，若单一透镜表面有复数个转换点，则该些转换点由径向向外的方向依序自第一转换点开始命名。例如，第一转换点TP1(最靠近光轴I)、第二转换点TP2(如图4所示)及第N转换点(距离光轴I最远)。
定义从中心点至第一转换点TP1的范围为光轴区域，其中，该光轴区域包含中心点。定义距离光轴I最远的第N转换点径向向外至光学边界OB的区域为圆周区域。在部分实施例中，可另包含介于光轴区域与圆周区域之间的中继区域，中继区域的数量取决于转换点的数量。
当平行光轴I之光线通过一区域后，若光线朝光轴I偏折且与光轴I的交点位在透镜像侧A2，则该区域为凸面。当平行光轴I之光线通过一区域后，若光线的延伸线与光轴I的交点位在透镜物侧A1，则该区域为凹面。
除此之外，参见图1，透镜100还可包含一由光学边界OB径向向外延伸的组装部130。组装部130一般来说用以供该透镜100组装于光学系统之一相对应元件(图未示)。成像光线并不会到达该组装部130。组装部130之结构与形状仅为说明本发明之示例，不以此限制本发明的范围。下列讨论之透镜的组装部130可能会在图式中被部分或全部省略。
参见图2，定义中心点CP与第一转换点TP1之间为光轴区域Z1。定义第一转换点TP1与透镜表面的光学边界OB之间为圆周区域Z2。如图2所示，平行光线211在通过光轴区域Z1后与光轴I在透镜200的像侧A2相交，即平行光线211通过光轴区域Z1的焦点位于透镜200像侧A2的R点。由于光线与光轴I相交于透镜200像侧A2，故光轴区域Z1为凸面。反之，平行光线212在通过圆周区域Z2后发散。如图2所示，平行光线212通过圆周区域Z2后的延伸线EL与光轴I在透镜200的物侧A1相交，即平行光线212通过圆周区域Z2的焦点位于透镜200物侧A1的M点。由于光线的延伸线EL与光轴I相交于透镜200物侧A1，故圆周区域Z2为凹面。于图2所示的透镜200中，第一转换点TP1是光轴区域与圆周区域的分界，即第一转换点TP1为凸面转凹面的分界点。
另一方面，光轴区域的面形凹凸判断还可依该领域中通常知识者的判断方式，即藉由近轴的曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜之光轴区域面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面的光轴区域为凸面；当R值为负时，判定物侧面的光轴区域为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面的光轴区域为凹面；当R值为负时，判定像侧面的光轴区域为凸面。此方法判定的结果与前述藉由光线/光线延伸线与光轴的交点判定方式的结果一致，光线/光线延伸线与光轴交点的判定方式即为以一平行光轴之光线的焦点位于透镜之物侧或像侧来判断面形凹凸。本说明书所描述之「一区域为凸面(或凹面)」、「一区域为凸(或凹)」或「一凸面(或凹面)区域」可被替换使用。
图3至图5提供了在各个情况下判断透镜区域的面形及区域分界的范例，包含前述之光轴区域、圆周区域及中继区域。
图3为透镜300的径向剖视图。参见图3，透镜300的像侧面320在光学边界OB内仅存在一个转换点TP1。透镜300的像侧面320的光轴区域Z1及圆周区域Z2如图3所示。此像侧面320的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凹面。
一般来说，以转换点为界的各个区域面形会与相邻的区域面形相反，因此，可用转换点来界定面形的转变，即自转换点由凹面转凸面或由凸面转凹面。于图3中，由于光轴区域Z1为凹面，面形于转换点TP1转变，故圆周区域Z2为凸面。
图4为透镜400的径向剖视图。参见图4，透镜400的物侧面410存在一第一转换点TP1及一第二转换点TP2。定义光轴I与第一转换点TP1之间为物侧面410的光轴区域Z1。此物侧面410的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凸面。
定义第二转换点TP2与透镜400的物侧面410的光学边界OB之间为圆周区域Z2，该物侧面410的该圆周区域Z2亦为凸面。除此之外，定义第一转换点TP1与第二转换点TP2之间为中继区域Z3，该物侧面410的该中继区域Z3为凹面。再次参见图4，物侧面410由光轴I径向向外依序包含光轴I与第一转换点TP1之间的光轴区域Z1、位于第一转换点TP1与第二转换点TP2之间的中继区域Z3，及第二转换点TP2与透镜400的物侧面410的光学边界OB之间的圆周区域Z2。由于光轴区域Z1为凸面，面形自第一转换点TP1转变为凹，故中继区域Z3为凹面，又面形自第二转换点TP2再转变为凸，故圆周区域Z2为凸面。
图5为透镜500的径向剖视图。透镜500的物侧面510无转换点。对于无转换点的透镜表面，例如透镜500的物侧面510，定义自光轴I起算至透镜表面光学边界OB之间距离的0～50％为光轴区域，自光轴I起算至透镜表面光学边界OB之间距离的50～100％为圆周区域。参见图5所示之透镜500，定义光轴I至自光轴I起算到透镜500表面光学边界OB之间距离的50％为物侧面510的光轴区域Z1。此物侧面510的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凸面。由于透镜500的物侧面510无转换点，因此物侧面510的圆周区域Z2亦为凸面。透镜500更可具有组装部(图未示)自圆周区域Z2径向向外延伸。
如图6所示，本发明光学成像镜头1，从放置物体(图未示)的物侧2至成像的像侧3，沿着光轴(optical axis)4，依序包含有光圈80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、滤光片70及成像面(image plane)71。一般说来，第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40都可以是由透明的塑料材质所制成，但本发明不以此为限。各镜片都有适当的屈光率。在本发明光学成像镜头1中，具有屈光率的镜片总共只有第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40这四片透镜而已。光轴4为整个光学成像镜头1的光轴，所以每个透镜的光轴和光学成像镜头1的光轴都是相同的。
此外，本光学成像镜头1还包含光圈(aperture stop)80，设置于适当之位置。在图6中，光圈80是设置在物侧2与第一透镜10之间。当由位于物侧2之待拍摄物(图未示)所发出的光线(图未示)进入本发明光学成像镜头1时，即会依序经由光圈80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40与滤光片70之后，会在像侧3的成像面71上聚焦而形成清晰的影像。在本发明的各实施例中，滤光片70是设于第四透镜40朝向像侧3的一面42与成像面71之间，其可以是具有各种合适功能之滤镜，而可滤除特定波长的光线。
本发明光学镜片组1中之各个透镜，都分别具有朝向物侧2且使成像光线通过的物侧面，与朝向像侧3且使成像光线通过的像侧面。另外，本发明光学成像镜头1中之各个透镜，亦都具有光轴区域与圆周区域。例如，第一透镜10具有物侧面11与像侧面12；第二透镜20具有物侧面21与像侧面22；第三透镜30具有物侧面31与像侧面32；第四透镜40具有物侧面41与像侧面42。各物侧面与像侧面又分别有光轴区域以及圆周区域。
本发明光学成像镜头1中之各个透镜，还都分别具有位在光轴4上的厚度T。例如，第一透镜10具有第一透镜厚度T1、第二透镜20具有第二透镜厚度T2、第三透镜30具有第三透镜厚度T3、第四透镜40具有第四透镜厚度T4。所以，在光轴4上光学成像镜头1中透镜的厚度总和称为ALT。也就是，ALT＝T1+T2+T3+T4。
另外，本发明光学成像镜头1中，在各个透镜之间又具有位在光轴4上的空气间隙(air gap)。例如，第一透镜10到第二透镜20之间的空气间隙宽度称为G12、第二透镜20到第三透镜30之间的空气间隙宽度称为G23、第三透镜30到第四透镜40之间的空气间隙宽度称为G34。所以，在第一透镜10到第四透镜40之间，位于光轴4上各透镜间的三个空气间隙宽度之总和即称为AAG。亦即，AAG＝G12+G23+G34。
另外，第一透镜10的物侧面11至成像面71在光轴上的距离为TTL。光学成像镜头的有效焦距为EFL，第四透镜40的像侧面42至成像面71在光轴4上的距离为BFL，TL为第一透镜10的物侧面11至第四透镜40的像侧面42在光轴4上的距离。G4F代表第四透镜40的像侧面42到滤光片70之间在光轴4上的间隙宽度、TF代表滤光片70在光轴4上的厚度、GFP代表滤光片70到成像面71之间在光轴4上的间隙宽度、BFL为第四透镜40的像侧面42到成像面71在光轴4上的距离，即BFL＝G4F+TF+GFP。
另外，再定义：f1为第一透镜10的焦距；f2为第二透镜20的焦距；f3为第三透镜30的焦距；f4为第四透镜40的焦距；n1为第一透镜10的折射率；n2为第二透镜20的折射率；n3为第三透镜30的折射率；n4为第四透镜40的折射率；υ1为第一透镜10的阿贝系数(Abbenumber)；υ2为第二透镜20的阿贝系数；υ3为第三透镜30的阿贝系数；υ4为第四透镜40的阿贝系数。
第一实施例
请参阅图6，例示本发明光学成像镜头1的第一实施例。第一实施例在成像面71上的纵向球差(longitudinal spherical aberration)请参考图7的A、弧矢(sagittal)方向的场曲像差(filed curvature aberration)请参考图7的B、子午(tangential)方向的场曲像差请参考图7的C、以及畸变像差(distortion aberration)请参考图7的D。所有实施例中各球差图之Y轴代表视场，其最高点均为1.0，实施例中各场曲图及畸变图之Y轴代表像高，系统像高为0.979毫米。
第一实施例之光学成像镜头系统1主要由四枚具有屈光率之透镜、加上光圈80、滤光片70、与成像面71所构成。光圈80是设置在物侧2与第一透镜10之间。滤光片70可以防止特定波长的光线，投射至成像面而影响成像质量。
第一透镜10具有负屈光率。朝向物侧2的物侧面11的光轴区域13为凸面以及其圆周区域14为凸面，朝向像侧3的像侧面12的光轴区域16为凹面以及其圆周区域17为凸面。第一透镜10之物侧面11及像侧面12均为非球面。
第二透镜20具有正屈光率。朝向物侧2的物侧面21的光轴区域23为凸面以及其圆周区域24为凹面，朝向像侧3的像侧面22的光轴区域26为凹面以及其圆周区域27为凸面。第二透镜20之物侧面21及像侧面22均为非球面。
第三透镜30具有正屈光率，朝向物侧2的物侧面31的光轴区域33为凹面以及其圆周区域34为凸面，而朝向像侧3的像侧面32的光轴区域36为凸面以及其圆周区域37为凹面。第三透镜30之物侧面31及像侧面32均为非球面。
第四透镜40具有负屈光率，朝向物侧2的物侧面41的光轴区域43为凸面以及其圆周区域44为凹面，而朝向像侧3的像侧面42的光轴区域46为凹面以及其圆周区域47为凸面。第四透镜40之物侧面41及像侧面42均为非球面。
在本发明光学成像镜头1中，从第一透镜10到第四透镜40中，所有的物侧面11/21/31/41与像侧面12/22/32/42共计八个曲面。若为非球面，则此等非球面系经由下列公式所定义：
Figure BDA0001600420470000091
其中：
R表示透镜表面近光轴4处的曲率半径；
Z表示非球面之深度(非球面上距离光轴4为Y的点，与相切于非球面光轴4上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
Y表示非球面曲线上的点与光轴4的距离；
K为锥面系数(conic constant)；
ai为第i阶非球面系数。
第一实施例光学透镜系统的光学数据如图26所示，非球面数据如图27所示。在以下实施例之光学透镜系统中，整体光学透镜系统的光圈值(f-number)为Fno、系统的整体焦距为(EFL)、半视角(Half Field of View，简称HFOV)为整体光学透镜系统中最大视角(Field of View)的一半，又曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米(mm)。本实施例中，TTL＝2.737毫米；EFL＝1.440毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.979毫米；Fno＝1.526。
第二实施例
请参阅图8，例示本发明光学成像镜头1的第二实施例。请注意，从第二实施例开始，为简化并清楚表达图式，仅在图上特别标示各透镜与第一实施例不同之面型，而其余与第一实施例的透镜相同的面型，例如凹面或是凸面则不另外标示。第二实施例在成像面71上的纵向球差请参考图9的A、弧矢方向的场曲像差请参考图9的B、子午方向的场曲像差请参考图9的C、畸变像差请参考图9的D。第二实施例之设计与第一实施例类似，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。
第二实施例详细的光学数据如图28所示，非球面数据如图29所示。本实施例中，TTL＝2.652毫米；EFL＝1.466毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.985毫米；Fno＝1.553。特别是：1.第二实施例的TTL较第一实施例更短，2.第二实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第三实施例
请参阅图10，例示本发明光学成像镜头1的第三实施例。第三实施例在成像面71上的纵向球差请参考图11的A、弧矢方向的场曲像差请参考图11的B、子午方向的场曲像差请参考图11的C、畸变像差请参考图11的D。第三实施例之设计与第一实施例类似，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外在本实施例中，第二透镜20朝向像侧3的像侧面22的光轴区域26为凸面。
第三实施例详细的光学数据如图30所示，非球面数据如图31所示，本实施例中，TTL＝2.700毫米；EFL＝1.597毫米；HFOV＝37.500度；像高＝1.212毫米；Fno＝1.692。特别是：1.第三实施例的TTL较第一实施例更短，2.第三实施例的畸变像差成像质量优于第一实施例的畸变像差成像质量，3.第三实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第四实施例
请参阅图12，例示本发明光学成像镜头1的第四实施例。第四实施例在成像面71上的纵向球差请参考图13的A、弧矢方向的场曲像差请参考图13的B、子午方向的场曲像差请参考图13的C、畸变像差请参考图13的D。第四实施例之设计与第一实施例类似，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外本实施例中，第三透镜30朝向物侧2的物侧面31的圆周区域34为凹面。
第四实施例详细的光学数据如图32所示，非球面数据如图33所示。本实施例中，TTL＝2.654毫米；EFL＝1.539毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.984毫米；Fno＝1.630。特别是：1.第四实施例的TTL较第一实施例更短，2.第四实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第五实施例
请参阅图14，例示本发明光学成像镜头1的第五实施例。第五实施例在成像面71上的纵向球差请参考图15的A、弧矢方向的场曲像差请参考图15的B、子午方向的场曲像差请参考图15的C、畸变像差请参考图15的D。第五实施例之设计与第一实施例类似，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外在本实施例中，第二透镜20朝向像侧3的像侧面22的光轴区域26为凸面，第三透镜30朝向物侧2的物侧面31的圆周区域34为凹面，而第三透镜30朝向像侧3的像侧面32的圆周区域37为凸面。
第五实施例详细的光学数据如图34所示，非球面数据如图35所示，本实施例中，TTL＝2.901毫米；EFL＝1.654毫米；HFOV＝37.500度；像高＝1.210毫米；Fno＝1.753。特别是：1.第五实施例的纵向球差、子午方向的场曲像差与畸变像差成像质量优于第一实施例的纵向球差、子午方向的场曲像差与畸变像差成像质量，2.第五实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第六实施例
请参阅图16，例示本发明光学成像镜头1的第六实施例。第六实施例在成像面71上的纵向球差请参考图17的A、弧矢方向的场曲像差请参考图17的B、子午方向的场曲像差请参考图17的C、畸变像差请参考图17的D。第六实施例之设计与第一实施例类似，不同之处在于，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外本实施例中，第三透镜30朝向物侧2的物侧面31的圆周区域34为凹面，而第三透镜30朝向像侧3的像侧面32的圆周区域37为凸面。
第六实施例详细的光学数据如图36所示，非球面数据如图37所示，本实施例中，TTL＝2.642毫米；EFL＝1.465毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.979毫米；Fno＝1.552。特别是：1.第六实施例的TTL较第一实施例更短，2.第六实施例的纵向球差与子午方向的场曲像差成像质量优于第一实施例的纵向球差与子午方向的场曲像差成像质量，3.第六实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第七实施例
请参阅图18，例示本发明光学成像镜头1的第七实施例。第七实施例在成像面71上的纵向球差请参考图19的A、弧矢方向的场曲像差请参考图19的B、子午方向的场曲像差请参考图19的C、畸变像差请参考图19的D。第七实施例之设计与第一实施例类似，不同之处在于，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外本实施例中，第三透镜30朝向像侧3的像侧面32的圆周区域37为凸面。
第七实施例详细的光学数据如图38所示，非球面数据如图39所示，本实施例中，TTL＝2.653毫米；EFL＝1.475毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.984毫米；Fno＝1.563。特别是：1.第七实施例的TTL较第一实施例更短，2.第七实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量优于第一实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量，3.第七实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第八实施例
请参阅图20，例示本发明光学成像镜头1的第八实施例。第八实施例在成像面71上的纵向球差请参考图21的A、弧矢方向的场曲像差请参考图21的B、子午方向的场曲像差请参考图21的C、畸变像差请参考图21的D。第八实施例之设计与第一实施例类似，不同之处在于，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。此外本实施例中，第一透镜10朝向物侧2的物侧面11的圆周区域14为凹面，第二透镜20朝向像侧3的像侧面22的光轴区域26为凸面，第三透镜30具有负屈光率，第三透镜30朝向物侧2的物侧面31的圆周区域34为凹面，而第三透镜30朝向像侧3的像侧面32的圆周区域37为凸面。
第八实施例详细的光学数据如图40所示，非球面数据如图41所示，本实施例中，TTL＝2.810毫米；EFL＝1.618毫米；HFOV＝37.500度；像高＝1.022毫米；Fno＝1.714。特别是：1.第八实施例的纵向球差与子午方向的场曲像差成像质量优于第一实施例的纵向球差与子午方向的场曲像差成像质量，2.第八实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第九实施例
请参阅图22，例示本发明光学成像镜头1的第九实施例。第九实施例在成像面71上的纵向球差请参考图23的A、弧矢方向的场曲像差请参考图23的B、子午方向的场曲像差请参考图23的C、畸变像差请参考图23的D。第九实施例之设计与第一实施例类似，不同之处在于，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。
第九实施例详细的光学数据如图42所示，非球面数据如图43所示，本实施例中，TTL＝2.654毫米；EFL＝1.504毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.984毫米；Fno＝1.593。特别是：1.第九实施例的TTL较第一实施例更短，2.第九实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量优于第一实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量，3.第九实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
第十实施例
请参阅图24，例示本发明光学成像镜头1的第十实施例。第十实施例在成像面71上的纵向球差请参考图25的A、弧矢方向的场曲像差请参考图25的B、子午方向的场曲像差请参考图25的C、畸变像差请参考图25的D。第十实施例之设计与第一实施例类似，不同之处在于，仅透镜屈光率、透镜曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数或是后焦距等相关参数有别。
第十实施例详细的光学数据如图44所示，非球面数据如图45所示，本实施例中，TTL＝2.658毫米；EFL＝1.504毫米；HFOV＝37.500度；像高＝0.985毫米；Fno＝1.594。特别是：1.第十实施例的TTL较第一实施例更短，2.第十实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量优于第一实施例的纵向球差与弧矢方向的场曲像差成像质量，3.第十实施例比第一实施例易于制造，因此良率较高。
另外，各实施例之重要参数则分别整理于图46与图47中。
申请人发现，本发明的透镜配置，透过以下设计之相互搭配可有效提升视场角同时扩大光圈，且缩短镜头长度并加强物体清晰度以及达到良好的成像质量：
1.第一透镜10具有负屈光率，搭配第二透镜20物侧面21圆周区域24为凹面，有利于收复较大角度的光线。第三透镜30物侧面31光轴区域33为凹面，或第四透镜40之物侧面41光轴区域43为凸面，或第四透镜40之像侧面42光轴区域46为凹面，则有利于修正前两片透镜(第一透镜10、第二透镜20)所产生的像差。
2.要知道的是，透过第一透镜10具有负屈光率，搭配第二透镜20物侧面21圆周区域24为凹面，可更加有效地达到缩短镜头长度的需求。再另外搭配「第三透镜30物侧面31光轴区域33为凹面」、「第四透镜40之物侧面41光轴区域43为凸面」与「第四透镜40之像侧面42光轴区域46为凹面」这三组特征其中之任何一者，即可满足本发明所希望的良好光学性能及有效缩短镜头长度的有利功效。再者，若以上三组特征中至少两组特征同时并存时，则本发明所希望的有利功效可更加优异地展现出来。
此外，透过以下各参数之数值控制，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、且视场角可有效维持或扩大的光学成像镜头。
a)为了达成缩短透镜系统长度且视场角有效维持或扩大的功效，本发明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，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。
1.(G12+T2)/(T1+G23)≦2.500，较佳的范围介于0.500≦(G12+T2)/(T1+G23)≦2.500之间，更佳的范围介于0.500≦(G12+T2)/(T1+G23)≦2.000之间；
2.TL/(T1+G23)≦5.500，较佳的范围介于3.000≦TL/(T1+G23)≦5.500之间，更佳的范围介于3.000≦TL/(T1+G23)≦5.000之间；
3.TTL/(G23+T4)≦5.000，较佳的范围介于2.500≦TTL/(G23+T4)≦5.000之间，更佳的范围介于2.500≦TTL/(G23+T4)≦4.500之间；
4.TL/(G23+T4)≦3.500，较佳的范围介于2.000≦TL/(G23+T4)≦3.500之间；
5.TTL/(T1+G23)≦5.500，较佳的范围介于3.500≦TTL/(T1+G23)≦5.500之间；
6.TL/T3≦5.500，较佳的范围介于3.500≦TL/T3≦5.500之间；
7.(G12+T2)/(T1+G34)≦2.500，较佳的范围介于0.500≦(G12+T2)/(T1+G34)≦2.500之间，更佳的范围介于0.500≦(G12+T2)/(T1+G34)≦2.000之间；
8.TL/(G34+T4)≦5.000，较佳的范围介于2.500≦TL/(G34+T4)≦5.000之间，更佳的范围介于2.500≦TL/(G34+T4)≦4.000之间；
9.TL/(T1+G34)≧4.500，较佳的范围介于4.500≦TL/(T1+G34)≦6.000之间；
10.TL/T4≦6.500，较佳的范围介于2.500≦TL/T4≦6.500之间，更佳的范围介于2.500≦TL/T4≦5.500之间；
11.TTL/T1≦8.000，较佳的范围介于6.000≦TTL/T1≦8.000之间；
12.ALT/T1≦5.600，较佳的范围介于4.000≦ALT/T1≦5.600之间，更佳的范围介于4.000≦ALT/T1≦6.000之间；
13.(G12+T2)/T1≦2.500，较佳的范围介于0.500≦(G12+T2)/T1≦2.500之间；
14.TTL/(G34+T4)≦4.500，较佳的范围介于3.000≦TTL/(G34+T4)≦4.500之间；
15.ALT/(G34+T4)≦3.000，较佳的范围介于2.000≦ALT/(G34+T4)≦3.000之间；
16.TTL/BFL≧5.000，较佳的范围介于5.000≦TTL/BFL≦7.500之间；
17.ALT/AAG≧4.000，较佳的范围介于4.000≦ALT/AAG≦7.000之间。
b)有效地配置透镜材料的组成，以修正整个光学系统的色差，且选用满足以下条件式的数值所限定之下的材质限制的搭配，因有较高的折射率而可有效帮助光线在有限长度内快速聚焦，以达到缩短光学系统长度的目的，且达到优良的光学成像质量。υ1+υ2+υ3+υ4≦150，较佳的范围介于80.000≦υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000之间，更佳的范围介于80.000≦υ1+υ2+υ3+υ4≦120.000之间。
有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的架构之下，符合上述条件式能较佳地使本发明镜头长度缩短、可用光圈加大、视场角维持或增大、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。
透过本发明各实施例的纵向球差、场曲像差、畸变皆符合使用规范。另外，近红外光波段的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，近红外光的三种代表波长(930nm、940nm、950nm)彼此间的距离亦相当接近，显示本发明的光学成像镜头在各种状态下，对于不同波长光线的集中性能佳而具有优良的色散抑制能力，故透过上述各实施例之光学数据可知本发明具备良好的光学性能。
当本产品的光学成像镜头应用于近红外光的波段时，可做为对红外光成像的夜视镜头或是瞳孔识别镜头。本产品的光学成像镜头也可做为3D传感器的接收端镜头。
本发明之各个实施例所揭露之光学参数的组合比例关系所得的包含最大最小值以内的数值范围皆可据以实施。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (20)

1.一种光学成像镜头，从一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜以及一第四透镜，各透镜分别具有朝向该物侧且使成像光线通过的一物侧面以及朝向该像侧且使成像光线通过的一像侧面，其中：
该第一透镜，具有负屈光率；
该第二透镜的该物侧面的一圆周区域为凹面；
该第三透镜的该物侧面的一光轴区域为凹面；
该光学成像镜头只有上述该第一透镜至该第四透镜共四片透镜具有屈光率；且
该光学成像镜头符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000，υ1为该第一透镜的阿贝系数，υ2为该第二透镜的阿贝系数，υ3为该第三透镜的阿贝系数，且υ4为该第四透镜的阿贝系数。
2.一种光学成像镜头，从一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜以及一第四透镜，各透镜分别具有朝向该物侧且使成像光线通过的一物侧面以及朝向该像侧且使成像光线通过的一像侧面，其中：
该第一透镜，具有负屈光率；
该第二透镜的该物侧面的一圆周区域为凹面；
该第四透镜的该物侧面的一光轴区域为凸面；
该光学成像镜头只有上述该第一透镜至该第四透镜共四片透镜具有屈光率；且
该光学成像镜头符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000，υ1为该第一透镜的阿贝系数，υ2为该第二透镜的阿贝系数，υ3为该第三透镜的阿贝系数，且υ4为该第四透镜的阿贝系数。
3.一种光学成像镜头，从一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜以及一第四透镜，各透镜分别具有朝向该物侧且使成像光线通过的一物侧面以及朝向该像侧且使成像光线通过的一像侧面，其中：
该第一透镜，具有负屈光率；
该第二透镜的该物侧面的一圆周区域为凹面；
该第四透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该光学成像镜头只有上述该第一透镜至该第四透镜共四片透镜具有屈光率；且
该光学成像镜头符合条件式：υ1+υ2+υ3+υ4≦150.000，υ1为该第一透镜的阿贝系数，υ2为该第二透镜的阿贝系数，υ3为该第三透镜的阿贝系数，且υ4为该第四透镜的阿贝系数。
4.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度、G12定义为该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙、G23定义为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：(G12+T2)/(T1+G23)≦2.500。
5.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、G23定义为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/(T1+G23)≦5.500。
6.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TTL定义该第一透镜的该物侧面至一成像面在该光轴上的距离、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度、G23定义为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/(G23+T4)≦5.000。
7.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度、G23定义为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/(G23+T4)≦3.500。
8.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TTL定义该第一透镜的该物侧面至一成像面在该光轴上的距离、T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、G23定义为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/(T1+G23)≦5.500。
9.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T3定义为该第三透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/T3≦5.500。
10.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度、G12定义该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙、G34定义为该第三透镜与该第四透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：(G12+T2)/(T1+G34)≦2.500。
11.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度、G34定义为该第三透镜与该第四透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/(G34+T4)≦5.000。
12.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、G34定义为该第三透镜与该第四透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/(T1+G34)≧4.500。
13.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第四透镜的该像侧面在该光轴上的距离、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/T4≦6.500。
14.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TTL定义该第一透镜的该物侧面至一成像面在该光轴上的距离、T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/T1≦8.000。
15.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中ALT定义为该第一透镜到该第四透镜在该光轴上的四个透镜之厚度总和、T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：ALT/T1≦5.600。
16.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度、T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度、G12定义该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：(G12+T2)/T1≦2.500。
17.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TTL定义该第一透镜的该物侧面至一成像面在该光轴上的距离、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度、G34定义为该第三透镜与该第四透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/(G34+T4)≦4.500。
18.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中ALT定义为该第一透镜到该第四透镜在该光轴上的四个透镜之厚度总和、T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度、G34定义为该第三透镜与该第四透镜在该光轴上的空气间隙，且该光学成像镜头满足以下条件：ALT/(G34+T4)≦3.000。
19.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中TTL定义该第一透镜的该物侧面至一成像面在该光轴上的距离、BFL定义为该第四透镜的该像侧面至该成像面在该光轴上的距离，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/BFL≧5.000。
20.如权利要求1-3任一项所述光学成像镜头，其中ALT定义为该第一透镜到该第四透镜在该光轴上的四个透镜之厚度总和、AAG定义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，且该光学成像镜头满足以下条件：ALT/AAG≧4.000。
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