CN111983780A - 光学成像镜头 - Google Patents

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廖华滨
张嘉元
董传博
谢宏健
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Genius Electronic Optical Xiamen Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，包含第一透镜到第七透镜，各透镜都分别具有物侧面以及像侧面。第一透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第二透镜的像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，第五透镜的物侧面的光轴区域为凹面，第六透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第七透镜具有负屈光率，光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足以下条件：ALT/(T2+G23)≦5.000。所述光学成像镜头具有较短镜头长度、较大视场角、良好光学性能的优点。

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
近年来,光学成像镜头不断演进，除了要求镜头轻薄短小，改善镜头的像差及色差等成像质量也越来越重要。然而为了因应需求，增加光学透镜的透镜数量会使得第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离增大，不利于手机及数位相机的薄型化。因此，提供一个轻薄短小且成像质量良好的光学成像镜头一直都是设计的发展目标。
除此之外，大的视场角也渐渐成为设计趋势，如何在追求镜头轻薄短小以外，能设计出小的光圈值以及具有大的视场角的光学成像镜头也是研发的一个重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较短镜头长度、较大视场角、具备良好光学性能以及技术上可行的七片式光学成像镜头。
在本发明的一实施例中，本发明七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、第四透镜、第五透镜、第六透镜与第七透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜与第七透镜，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。
在本发明的另一实施例中，第一透镜的像侧面的一光轴区域为凹面，第二透镜的像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，第五透镜的物侧面的光轴区域为凹面，第六透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第七透镜具有负屈光率，光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为第一透镜到第七透镜在光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为第二透镜在光轴上的厚度，G23定义为第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙。
在本发明的另一实施例中，第一透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第四透镜具有负屈光率，且第四透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第五透镜的物侧面的光轴区域为凹面，第六透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第七透镜具有负屈光率，光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为第一透镜到第七透镜在光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为第二透镜在光轴上的厚度，G23定义为第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙。
在本发明的另一实施例中，第一透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第二透镜具有正屈光率，且第二透镜的像侧面的圆周区域为凹面，第三透镜的像侧面的光轴区域为凸面，第四透镜的物侧面的光轴区域为凸面，第四透镜的像侧面的一圆周区域为凹面，第六透镜的像侧面的光轴区域为凹面，第七透镜的像侧面的光轴区域为凹面，光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为第一透镜到第七透镜在光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为第二透镜在光轴上的厚度，G23定义为第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙。
在本发明的光学成像镜头中，实施例还可以进一步选择性地满足以下任一条件：
1.(T3+T5)/T4≧5.000；
2.EFL/(G23+T3)≦2.500；
3.ALT/BFL≦4.000；
4.AAG/(G12+T2)≦2.500；
5.G23/(G56+G67)≧2.500；
6.EFL/(G45+G67)≦6.600；
7.(T5+T6+T7)/T1≧2.800；
8.(T3+G34)/T7≧2.500；
9.TL/AAG≧3.000；
10.TTL/(EFL+T4)≧2.300；
11.(T7+BFL)/T5≦2.600；
12.(G23+T5)/T6≧3.000；
13.ALT/EFL≧1.200；
14.(T4+T5)/G23≦2.600；
15.ALT/(G56+T6+G67)≧5.000；
16.T3/(G34+T4+G45)≧1.000；以及
17.T3/T1≧1.400。
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；T5定义为第五透镜在光轴上的厚度；T6定义为第六透镜在光轴上的厚度；T7定义为第七透镜在光轴上的厚度；G12定义为第一透镜到第二透镜在光轴上的空气间隙；G23定义为第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙；G34定义为第三透镜到第四透镜在光轴上的空气间隙；G45定义为第四透镜到第五透镜在光轴上的空气间隙；G56定义为第五透镜到第六透镜在光轴上的空气间隙；G67定义为第六透镜到第七透镜在光轴上的空气间隙；ALT定义为第一透镜到第七透镜在光轴上的七个透镜之厚度总和；TL定义为第一透镜的物侧面到第七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到成像面在光轴上的距离；BFL定义为第七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七透镜在光轴上的六个空气间隙总和；EFL定义为光学成像镜头的有效焦距；ImgH定义为光学成像镜头的像高。
另外，υ1为第一透镜10的阿贝系数；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；υ5为第五透镜50的阿贝系数；υ6为第六透镜60的阿贝系数；υ7为第七透镜70的阿贝系数。
本发明特别是针对一种主要用于拍摄影像及录像等摄影电子装置之光学成像镜头，例如可应用于手机、相机、平板计算机及个人数位助理(Personal Digital Assistant,PDA)等便携式电子装置的光学成像镜头。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
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示意图。
图22是第一实施例详细的光学数据表格图。
图23是第一实施例详细的非球面数据表格图。
图24是第二实施例详细的光学数据表格图。
图25是第二实施例详细的非球面数据表格图。
图26是第三实施例详细的光学数据表格图。
图27是第三实施例详细的非球面数据表格图。
图28是第四实施例详细的光学数据表格图。
图29是第四实施例详细的非球面数据表格图。
图30是第五实施例详细的光学数据表格图。
图31是第五实施例详细的非球面数据表格图。
图32是第六实施例详细的光学数据表格图。
图33是第六实施例详细的非球面数据表格图。
图34是第七实施例详细的光学数据表格图。
图35是第七实施例详细的非球面数据表格图。
图36是第八实施例详细的光学数据表格图。
图37是第八实施例详细的非球面数据表格图。
图38是各实施例之重要参数表格图。
图39是各实施例之重要参数表格图。
具体实施方式
在开始详细描述本发明之前，首先清楚是附图中的符号说明：1…光学成像镜头；11、21、31、41、51、61、71、110、410、510…物侧面；12、22、32、42、52、62、72、120、320…像侧面；13、16、23、26、33、36、43、46、53、56、63、66、73、76、Z1…光轴区域；14、17、24、27、34、37、44、47、54、57、64、67、74、77、Z2…圆周区域；10…第一透镜；20…第二透镜；30…第三透镜；40…第四透镜；50…第五透镜；60…第六透镜；70…第七透镜；80…光圈；90…滤光片；91…成像面；100、200、300、400、500…透镜；130…组装部；211、212…平行光线；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；Z3…中继区域；M…相交点；R…相交点；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7…各透镜在光轴上的厚度。
本说明书和申请专利范围中使用的用语「光轴区域」、「圆周区域」、「凹面」和「凸面」应基于本说明书中列出的定义来解释。
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。
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A1至成像的像侧A2，沿着光轴(optical axis)I，主要由七片透镜所构成，依序包含有第一透镜10、第二透镜20、光圈80、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70以及成像面(image plane)91。一般来说，第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60以及第七透镜70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、第五透镜50、第六透镜60以及第七透镜70这七片透镜。光轴I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的光圈(aperture stop)80设置于适当之位置。在图6中，光圈80是设置在第二透镜20与第三透镜30之间。当由位于物侧A1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，即会依序经由第一透镜10、第二透镜20、光圈80、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70与滤光片90之后，会在像侧A2的成像面91上聚焦而形成清晰的影像。在本发明各实施例中，滤光片90是设于第七透镜70与成像面91之间，其可以是具有各种合适功能之滤镜，例如:红外线截止滤光片(infrared cut-off filter)，其用以避免成像光线中的红外线传递至成像面91而影响成像质量。
本发明光学成像镜头1中之各个透镜，都分别具有朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面，与朝向像侧A2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，亦都分别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；第五透镜50具有物侧面51与像侧面52；第六透镜60具有物侧面61与像侧面62；第七透镜70具有物侧面71与像侧面72。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I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、第五透镜50具有第五透镜厚度T5、第六透镜60具有第六透镜厚度T6、第七透镜70具有第七透镜厚度T7。所以，本发明光学成像镜头1中各透镜的厚度在光轴I上的总和称为ALT。也就是，ALT＝T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7。
另外，在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I上的空气间隙(air gap)。例如，第一透镜10到第二透镜20的空气间隙称为G12、第二透镜20到第三透镜30的空气间隙称为G23、第三透镜30到第四透镜40的空气间隙称为G34、第四透镜40到第五透镜50的空气间隙称为G45、第五透镜50到第六透镜60的空气间隙称为G56、第六透镜60到第七透镜70的空气间隙称为G67。所以，从第一透镜10到第七透镜70，位于光轴I上的六个空气间隙之总和即称为AAG。亦即，AAG＝G12+G23+G34+G45+G56+G67。
另外，第一透镜10的物侧面11至成像面91在光轴I上的距离，为光学成像镜头1的系统长度TTL。光学成像镜头1的有效焦距为EFL、第一透镜10的物侧面11至第七透镜70的像侧面72在光轴I上的距离为TL。光学成像镜头1的半视角为HFOV，即最大视角(Field ofView)的一半、光学成像镜头1的像高为ImgH(image height)、光学成像镜头1的光圈值为Fno。
当安排滤光片90介于第七透镜70和成像面91之间时，G7F代表第七透镜70到滤光片90在光轴I上的空气间隙、TF代表滤光片90在光轴I上的厚度、GFP代表滤光片90到成像面91在光轴I上的空气间隙、BFL为光学成像镜头1的后焦距，即第七透镜70的像侧面72到成像面91在光轴I上的距离，即BFL＝G7F+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；f5为第五透镜50的焦距；f6为第六透镜60的焦距；f7为第七透镜70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；n5为第五透镜50的折射率；n6为第六透镜60的折射率；n7为第七透镜70的折射率；υ1为第一透镜10的阿贝系数；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；υ5为第五透镜50的阿贝系数；υ6为第六透镜60的阿贝系数；υ7为第七透镜70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91上的纵向球差(longitudinal spherical aberration)请参考图7的A、弧矢(sagittal)方向的场曲(field curvature)像差请参考图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，实施例中各像差图及畸变图之Y轴代表像高，第一实施例的系统像高(Image Height，ImgH)为2.549毫米。
第一实施例之光学成像镜头1主要由七枚具有屈光率之透镜、光圈80、与成像面91所构成。第一实施例之光圈80是设置在第二透镜20与第三透镜30之间。
第一透镜10具有负屈光率。第一透镜10的物侧面11的光轴区域13为凹面以及其圆周区域14为凸面，第一透镜10的像侧面12的光轴区域16为凹面以及其圆周区域17为凹面。第一透镜10之物侧面11及像侧面12均为非球面，但不以此为限。
第二透镜20具有正屈光率。第二透镜20的物侧面21的光轴区域23为凸面以及其圆周区域24为凸面，第二透镜20的像侧面22的光轴区域26为凹面以及其圆周区域27为凹面。第二透镜20之物侧面21及像侧面22均为非球面，但不以此为限。
第三透镜30具有正屈光率，第三透镜30的物侧面31的光轴区域33为凸面以及其圆周区域34为凸面，第三透镜30的像侧面32的光轴区域36为凸面以及其圆周区域37为凸面。第三透镜30之物侧面31及像侧面32均为非球面，但不以此为限。
第四透镜40具有负屈光率，第四透镜40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，第四透镜40的像侧面42的光轴区域46为凹面以及其圆周区域47为凹面。第四透镜40之物侧面41及像侧面42均为非球面，但不以此为限。
第五透镜50具有正屈光率，第五透镜50的物侧面51的光轴区域53为凹面以及其圆周区域54为凸面，第五透镜50的像侧面52的光轴区域56为凸面以及其圆周区域57为凹面。第五透镜50之物侧面51及像侧面52均为非球面，但不以此为限。
第六透镜60具有正屈光率，第六透镜60的物侧面61的光轴区域63为凸面以及其圆周区域64为凹面，第六透镜60的像侧面62的光轴区域66为凹面以及其圆周区域67为凸面。第六透镜60之物侧面61及像侧面62均为非球面，但不以此为限。
第七透镜70具有负屈光率，第七透镜70的物侧面71的光轴区域73为凸面以及其圆周区域74为凹面，第七透镜70的像侧面72的光轴区域76为凹面以及其圆周区域77为凸面。第七透镜70之物侧面71及像侧面72均为非球面，但不以此为限。
在本发明光学成像镜头1中，从第一透镜10到第七透镜70中，所有的物侧面11/21/31/41/51/61/71与像侧面12/22/32/42/52/62/72共计十四个曲面均为非球面，但不以此为限。若为非球面，则此等非球面系经由下列公式所定义：
Figure BDA0002660294380000081
其中：
Y表示非球面曲面上的点与光轴I的垂直距离；
Z表示非球面之深度(非球面上距离光轴I为Y的点，其与相切于非球面光轴I上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
R表示透镜表面近光轴I处之曲率半径；
K为锥面系数(conic constant)；
a2i为第2i阶非球面系数。
第一实施例光学成像镜头系统的光学数据如图22所示，非球面数据如图23所示。在以下实施例之光学成像镜头系统中，整体光学成像镜头的光圈值(f-number)为Fno、有效焦距为(EFL)、半视角(Half Field of View，简称HFOV)为整体光学成像镜头中最大视角(Field of View)的一半，其中，光学成像镜头的像高、曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米(mm)。本实施例中，TTL＝5.271毫米；EFL＝1.466毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.549毫米；Fno＝1.800。
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面型的光轴区域与圆周区域，而其余与第一实施例的透镜相同的面型的光轴区域与圆周区域，例如凹面或是凸面则不另外标示。第二实施例在成像面91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，不同之处在于，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，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面。
第二实施例详细的光学数据如图24所示，非球面数据如图25所示。本实施例中，TTL＝4.229毫米；EFL＝1.540毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.550毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的系统长度TTL比第一实施例的系统长度TTL短；2.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；3.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；4.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；5.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，不同之处在于，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。
第三实施例详细的光学数据如图26所示，非球面数据如图27所示，本实施例中，TTL＝5.195毫米；EFL＝1.436毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.550毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的系统长度TTL比第一实施例的系统长度TTL短；2.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；3.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；4.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；5.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，不同之处在于，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的物侧面11的圆周区域14为凹面，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面。
第四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＝4.597毫米；EFL＝1.587毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.549毫米；Fno＝1.800。特别是:1.本实施例的系统长度TTL比第一实施例的系统长度TTL短；2.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；3.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；4.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；5.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，不同之处在于，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的物侧面11的圆周区域14为凹面，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面。
第五实施例详细的光学数据如图30所示，非球面数据如图31示，本实施例中，TTL＝4.523毫米；EFL＝1.784毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.549毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的系统长度TTL比第一实施例的系统长度TTL短；2.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；3.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；4.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，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，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面。
第六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＝5.456毫米；EFL＝1.544毫米；HFOV＝61.602度；像高＝2.520毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；2.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；3.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；4.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，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，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面，第六透镜60具有负屈光率。
第七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＝5.563毫米；EFL＝1.507毫米；HFOV＝58.118度；像高＝2.520毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；2.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；3.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；4.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
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91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，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，第五透镜50的像侧面52的圆周区域57为凸面，第六透镜60具有负屈光率，第七透镜70的像侧面72的圆周区域77为凹面。
第八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＝4.948毫米；EFL＝1.949毫米；HFOV＝66.889度；像高＝2.701毫米；Fno＝1.800。特别是：1.本实施例的系统长度TTL比第一实施例的系统长度TTL短；2.本实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差；3.本实施例弧矢方向的场曲像差小于第一实施例弧矢方向的场曲像差；4.本实施例子午方向的场曲像差小于第一实施例子午方向的场曲像差；5.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。
另外，各实施例之重要参数则分别整理于图38与图39中。
本发明各实施例，提供一个具有良好成像质量的光学成像镜头。例如，满足以下透镜面形的凹凸设计可有效降低场曲及畸变率，具有优化光学成像镜头系统的成像质量的特征，以及可以达成的对应功效：
1.本发明实施例透过面形的设计例如:第一透镜10的像侧面12的光轴区域16为凹面及第六透镜60的像侧面62的光轴区域66为凹面，再搭配以下组合，可有效达到修正光学系统球差、像差以及降低畸变的目的：
(a)第二透镜20具有正屈光率，第二透镜20的像侧面22的圆周区域27为凹面，第三透镜30的像侧面32的光轴区域36为凸面，第四透镜40的物侧面41的光轴区域43为凸面，第四透镜40的像侧面42的圆周区域47为凹面，及第七透镜70的像侧面72的光轴区域76为凹面；
(b)光圈位置在第二透镜20与第三透镜30之间，第二透镜20的像侧面22的圆周区域27为凹面，第四透镜40的像侧面42的光轴区域46为凹面，第五透镜50的物侧面51的光轴区域53为凹面，第七透镜70具有负屈光率；
(c)光圈位置在第二透镜20与第三透镜30之间，第四透镜40具有负屈光率，第四透镜40的像侧面42的光轴区域46为凹面，第五透镜50的物侧面51的光轴区域53为凹面，第七透镜70具有负屈光率；
当上述组合满足条件ALT/(T2+G23)≦5.000时，可以有效缩短光学成像镜头系统长度以及扩大视场角，较佳的范围为2.400≦ALT/(T2+G23)≦5.000。
2.为了达成缩短光学成像镜头系统长度，可适当地调整透镜间的空气间隙或是透镜厚度，但又必须同时考量制作的难易程度及须确保成像质量，因此若满足以下条件式之数值限定，能有较佳的配置。
(T3+T5)/T4≧5.000，较佳的范围为5.000≦(T3+T5)/T4≦7.000；
EFL/(G23+T3)≦2.500，较佳的范围为0.800≦EFL/(G23+T3)≦2.500；
ALT/BFL≦4.000，较佳的范围为1.500≦ALT/BFL≦4.000；
AAG/(G12+T2)≦2.500，较佳的范围为1.200≦AAG/(G12+T2)≦2.500；
G23/(G56+G67)≧2.500，较佳的范围为2.500≦G23/(G56+G67)≦6.300；
EFL/(G45+G67)≦6.600，较佳的范围为2.200≦EFL/(G45+G67)≦6.600；
(T5+T6+T7)/T1≧2.800，较佳的范围为2.800≦(T5+T6+T7)/T1≦6.000；
(T3+G34)/T7≧2.500，较佳的范围为2.500≦(T3+G34)/T7≦4.100；
TL/AAG≧3.000，较佳的范围为3.000≦TL/AAG≦5.100；
TTL/(EFL+T4)≧2.300，较佳的范围为2.300≦TTL/(EFL+T4)≦3.200；
(T7+BFL)/T5≦2.600，较佳的范围为1.000≦(T7+BFL)/T5≦2.600；
(G23+T5)/T6≧3.000，较佳的范围为3.000≦(G23+T5)/T6≦6.000；
ALT/EFL≧1.200，较佳的范围为1.200≦ALT/EFL≦2.500；
(T4+T5)/G23≦2.600，较佳的范围为1.000≦(T4+T5)/G23≦2.600；
ALT/(G56+T6+G67)≧5.000，较佳的范围为5.000≦ALT/(G56+T6+G67)≦8.300；
T3/(G34+T4+G45)≧1.000，较佳的范围为1.000≦T3/(G34+T4+G45)≦2.000；以及
T3/T1≧1.400，较佳的范围为1.400≦T3/T1≦4.300。
本发明各实施例的470纳米、555纳米、650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，470纳米、555纳米、650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。
此外，另可选择实施例参数之任意组合关系增加镜头限制，以利于本发明相同架构的镜头设计。
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系统长度缩短、扩大视场角、光圈增大、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。
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。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。
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，由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、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜以及一第七透镜，各透镜都分别具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，该光学成像镜头包含：
该第一透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第二透镜的该像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；
该第五透镜的该物侧面的一光轴区域为凹面；
该第六透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第七透镜具有负屈光率；
该光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为该第一透镜到该第七透镜在该光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度，G23定义为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
2.一种光学成像镜头，由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、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜以及一第七透镜，各透镜都分别具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，该光学成像镜头包含：
该第一透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第四透镜具有负屈光率，且该第四透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第五透镜的该物侧面的一光轴区域为凹面；
该第六透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第七透镜具有负屈光率；
该光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为该第一透镜到该第七透镜在该光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度，G23定义为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
3.一种光学成像镜头，由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、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜以及一第七透镜，各透镜都分别具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，该光学成像镜头包含：
该第一透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第二透镜具有正屈光率，且该第二透镜的该像侧面的一圆周区域为凹面；
该第三透镜的该像侧面的一光轴区域为凸面；
该第四透镜的该物侧面的一光轴区域为凸面，且该第四透镜的该像侧面的一圆周区域为凹面；
该第六透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该第七透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
该光学成像镜头的透镜只有上述七片透镜，并且满足ALT/(T2+G23)≦5.000，其中，ALT定义为该第一透镜到该第七透镜在该光轴上的七个透镜之厚度总和，T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度，G23定义为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
4.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T3定义为该第三透镜在该光轴上的厚度，T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度，T5定义为该第五透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：(T3+T5)/T4≧5.000。
5.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中EFL定义为该光学成像镜头的有效焦距，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：EFL/(G23+T3)≦2.500。
6.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中BFL定义为该第七透镜的该像侧面至一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：ALT/BFL≦4.000。
7.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中AAG定义为该第一透镜到该第七透镜在该光轴上的六个空气间隙总和，G12定义为该第一透镜到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：AAG/(G12+T2)≦2.500。
8.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中G56定义为该第五透镜到该第六透镜在该光轴上的空气间隙，G67定义为该第六透镜到该第七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：G23/(G56+G67)≧2.500。
9.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中EFL定义为该光学成像镜头的有效焦距，G45定义为该第四透镜到该第五透镜在该光轴上的空气间隙，G67定义为该第六透镜到该第七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：EFL/(G45+G67)≦6.600。
10.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度，T5定义为该第五透镜在该光轴上的厚度，T6定义为该第六透镜在该光轴上的厚度，T7定义为该第七透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：(T5+T6+T7)/T1≧2.800。
11.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T3定义为该第三透镜在该光轴上的厚度，T7定义为该第七透镜在该光轴上的厚度，G34定义为该第三透镜到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：(T3+G34)/T7≧2.500。
12.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中AAG定义为该第一透镜到该第七透镜在该光轴上的六个空气间隙总和，TL定义为该第一透镜的该物侧面至该第七透镜的该像侧面在该光轴上的距离，且该光学成像镜头满足以下条件：TL/AAG≧3.000。
13.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到一成像面在该光轴上的距离，EFL定义为该光学成像镜头的有效焦距，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：TTL/(EFL+T4)≧2.300。
14.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T5定义为该第五透镜在该光轴上的厚度，T7定义为该第七透镜在该光轴上的厚度，BFL定义为该第七透镜的该像侧面至一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：(T7+BFL)/T5≦2.600。
15.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T5定义为该第五透镜在该光轴上的厚度，T6定义为该第六透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：(G23+T5)/T6≧3.000。
16.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中EFL定义为该光学成像镜头的有效焦距，且该光学成像镜头满足以下条件：ALT/EFL≧1.200。
17.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度，T5定义为该第五透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：(T4+T5)/G23≦2.600。
18.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T6定义为该第六透镜在该光轴上的厚度，G56定义为该第五透镜到该第六透镜在该光轴上的空气间隙，G67定义为该第六透镜到该第七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/(G56+T6+G67)≧5.000。
19.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T3定义为该第三透镜在该光轴上的厚度，T4定义为该第四透镜在该光轴上的厚度，G34定义为该第三透镜到该第四透镜在该光轴上的空气间隙，G45定义为该第四透镜到该第五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：T3/(G34+T4+G45)≧1.000。
20.如权利要求1-3任一所述光学成像镜头，其中T1定义为该第一透镜在该光轴上的厚度，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：T3/T1≧1.400。
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