CN113820827A - 光学成像镜头 - Google Patents

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李建鹏
陈锋
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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，包含第一透镜到第三透镜，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一圆周区域为凹面，第二透镜具有负屈光率，第三透镜的物侧面的一光轴区域为凸面，且像侧面的一光轴区域为凹面，其中，光学成像镜头的透镜只有三片，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400以及0.700≦V1/V2≦1.150的条件。所述光学成像镜头具有小体积、大视场角且成像质量优良的特点，特别适用于用作拍摄影像及录像等摄影电子装置，例如可应用于手机、相机、平板计算机、个人数位助理(Personal Digital Assistant，PDA)或头戴式显示器(AR、VR、MR)等。

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，不仅持续追求轻薄短小，光学镜头等电子产品的关键零组件的规格也持续提升，以符合消费者的需求。而除了光学镜头的成像质量与体积外，提升成像镜头的视场角度也日趋重要。另外，不同光圈大小的成像镜头相互搭配以达到拍摄景深或微距效果，更逐渐成为市场主流需求。因此在光学镜头设计领域中，除了追求镜头体积小型化，同时还必须兼顾成像质量及性能。
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小型化的光学镜头，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，小型化镜头的技术难度明显高出传统镜头，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中持续精进的目标。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一个提供小体积、大视场角且成像质量优良的光学成像镜头。本发明的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、第二透镜以及第三透镜。第一透镜、第二透镜以及第三透镜，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，该第一透镜的该像侧面的一圆周区域为凹面，该第二透镜具有负屈光率，该第三透镜的该物侧面的一光轴区域为凸面，且该像侧面的一光轴区域为凹面，其中，该光学成像镜头的透镜只有三片，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400以及0.700≦V1/V2≦1.150的条件。
在本发明的另一实施例中，该第一透镜的该像侧面的一圆周区域为凹面，该第二透镜具有负屈光率，且该像侧面的一圆周区域为凸面，该第三透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面，其中，该光学成像镜头的透镜只有三片，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400以及1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200的条件。
在本发明的另一实施例中，该第一透镜的该像侧面的一圆周区域为凹面，该第二透镜的该像侧面的一圆周区域为凸面，该第三透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面，且该像侧面的一圆周区域为凸面，其中，该光学成像镜头的透镜只有三片，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400、1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200以及G23/G12≧0.500的条件。
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：
Fno/(T1+G12+T2)≧2.550毫米-1；
Fno/(T2+G23+T3)≧2.350毫米-1；
(TL+ALT)/(AAG+BFL)≦1.700；
TTL/AAG≦4.500；
(T1+T3)/T2≦3.000；
EFL/Gavg≦8.200；
(TTL+EFL)/Fno≦2.000毫米；
HFOV/Fno≧14.000度；
(TL+EFL)/BFL≦4.000；
AAG/Tavg≧1.500；
TTL/T1≧7.500；
ALT/Gavg≦3.800；
Fno/(T1+T3)≧3.700毫米-1；
TTL/ImgH≦1.450；
EFL/BFL≦2.400；
AAG/T2≦2.250；以及
TTL/T3≧6.400。
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；G12定义为第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隙；G23定义为第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隙；ALT定义为第一透镜到第三透镜在光轴上的三个透镜之厚度总和；TL定义为第一透镜的物侧面到第三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定义为第三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三透镜在光轴上的两个空气间隙总和；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；Fno定义为光学成像镜头的光圈值。
此外，Gavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的平均值，即G12、G23的平均值；Tavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的平均值，即T1、T2、T3的平均值。
另外，V1为第一透镜的阿贝系数；V2为第二透镜的阿贝系数；V3为第三透镜的阿贝系数。
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，尤其在拍摄景深或微距时可以有较佳的成像效果，且可应用于例如手机、相机、平板计算机、个人数位助理(Personal Digital Assistant，PDA)或头戴式显示器(AR、VR、MR)等。
附图说明
图1至图5绘示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在成像面上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在成像面上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在成像面上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在成像面上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在成像面上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在成像面上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在成像面上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在成像面上的纵向球差与各项像差图示意图。
图22表示第一实施例详细的光学数据表格图。
图23表示第一实施例详细的非球面数据表格图。
图24表示第二实施例详细的光学数据表格图。
图25表示第二实施例详细的非球面数据表格图。
图26表示第三实施例详细的光学数据表格图。
图27表示第三实施例详细的非球面数据表格图。
图28表示第四实施例详细的光学数据表格图。
图29表示第四实施例详细的非球面数据表格图。
图30表示第五实施例详细的光学数据表格图。
图31表示第五实施例详细的非球面数据表格图。
图32表示第六实施例详细的光学数据表格图。
图33表示第六实施例详细的非球面数据表格图。
图34表示第七实施例详细的光学数据表格图。
图35表示第七实施例详细的非球面数据表格图。
图36表示第八实施例详细的光学数据表格图。
图37表示第八实施例详细的非球面数据表格图。
图38表示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，首先清楚表示附图中的符号说明：1:光学成像镜头；2:光圈；3:滤光片；4:成像面；11、21、31:物侧面；12、22、32:像侧面；13、16、23、26、33、36、Z1:光轴区域；14、17、24、27、34、37、Z2:圆周区域；10:第一透镜；20:第二透镜；30:第三透镜；100、200、300、400、500:透镜；130:组装部；211、212:平行光线；A1:物侧；A2:像侧；I:光轴；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、R:相交点。
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，透镜100表面可能不具有转换点或具有至少一转换点，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)。
当透镜表面具有至少一转换点，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最远的转换点(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。当透镜表面不具有转换点，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。
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，主要由三片透镜所构成，依序包含有光圈2、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30滤光片3以及成像面(image plane)4。一般来说，第一透镜10、第二透镜20以及第三透镜30都可以是由透明的塑料材质所制成，但本发明不以此为限。各透镜都有适当的屈光率。在本发明光学成像镜头1中，具有屈光率的透镜总共只有第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30这三片透镜。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)2设置于适当之位置。在图6中，光圈2是设置在物侧面A1与第一透镜10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，即会依序经由光圈2、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30与滤光片3之后，会在像侧A2的成像面4上聚焦而形成清晰的影像。在本发明各实施例中，滤光片3是设于第三透镜30与成像面4之间，其可以是具有各种合适功能之滤镜，例如:红外光滤除滤光片(Infrared light cut-off filter)，其用以避免红外光传递至成像面4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。
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。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。
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与第二透镜20的空气间隙称为G12、第二透镜20与第三透镜30的空气间隙称为G23。所以，从第一透镜10到第三透镜30，位于光轴I上的两个空气间隙之总和即称为AAG。亦即，AAG＝G12+G23。
另外，第一透镜10的物侧面11到成像面4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到第三透镜30的像侧面32在光轴I上的距离为TL。HFOV为光学成像镜头1的半视角或称作半视场角，即最大视场角(Field of View)的一半、ImgH(image height)为光学成像镜头1的像高、Fno为光学成像镜头1的光圈值。
当安排滤光片3介于第三透镜30和成像面4之间时，G3F代表第三透镜30与滤光片3在光轴I上的空气间隙、TF代表滤光片3在光轴I上的厚度、GFP代表滤光片3与成像面4在光轴I上的空气间隙、BFL为光学成像镜头1的后焦距，即第三透镜30的像侧面32与成像面4在光轴I上的距离，即BFL＝G3F+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；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；V1为第一透镜10的阿贝系数；V2为第二透镜20的阿贝系数；V3为第三透镜30的阿贝系数。
本发明中另外定义：Tavg为第一透镜10至第三透镜30在光轴I上的三个透镜厚度的平均值，即T1、T2、T3的平均值；Gvag定义为第一透镜10至第三透镜30在光轴I上的两个空气间隙的平均值，即G12、G23的平均值；Tmax为第一透镜10至第三透镜30在光轴I上的三个透镜厚度的最大值，即T1、T2、T3的最大值；Tmin为第一透镜10至第三透镜30在光轴I上的三个透镜厚度的最小值，即T1、T2、T3的最小值。
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4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，第一实施例的像高(Image Height,ImgH)为1.600毫米。
第一实施例之光学成像镜头1主要由三枚透镜、光圈2、与成像面4所构成。第一实施例之光圈2是设置在物侧面A1与第一透镜10之间。
第一透镜10具有正屈光率。第一透镜10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，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具有负屈光率。第二透镜20的物侧面21的光轴区域23为凹面以及其圆周区域24为凹面，第二透镜20的像侧面22的光轴区域26为凸面以及其圆周区域27为凸面。第二透镜20之物侧面21及像侧面22均为非球面，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为凹面以及其圆周区域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。
在本发明光学成像镜头1中，从第一透镜10到第三透镜30中，物侧面11、21、31与像侧面12、22、32共计六个曲面均为非球面，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 BDA0003283514550000081
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)、半视场角(Half Field of View，简称HFOV)为整体光学成像镜头中最大视场角(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，EFL＝1.700毫米；HFOV＝40.631度；TTL＝2.308毫米；Fno＝2.873；ImgH＝1.600毫米。另外，在本实施例以及以下各实施例中，非球面数据表中a2数值均为0，因此非球面数据中a2栏的数值被省略。
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形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形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4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。
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，EFL＝1.655毫米；HFOV＝41.418度；TTL＝2.320毫米；Fno＝2.258；ImgH＝1.600毫米。特别是：1.本实施例的半视场角HFOV大于第一实施例的半视场角HFOV。
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4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。另外本实施例中，第三透镜30的物侧面31的圆周区域34为凹面。
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，EFL＝1.968毫米；HFOV＝36.528度；TTL＝2.318毫米；Fno＝2.609；ImgH＝1.600毫米。
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4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。另外本实施例中，第三透镜30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28所示，非球面数据如图29所示。本实施例中，EFL＝1.627毫米；HFOV＝43.354度；TTL＝2.279毫米；Fno＝3.096；ImgH＝1.600毫米。特别是:1.本实施例的系统长度TTL小于第一实施例的系统长度TTL；2.本实施例的半视场角HFOV大于第一实施例的半视场角HFOV；3.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4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。另外本实施例中，第三透镜30的物侧面31的圆周区域34为凹面。
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所示，本实施例中，EFL＝1.841毫米；HFOV＝40.361度；TTL＝2.189毫米；Fno＝2.850；ImgH＝1.600毫米。特别是：1.本实施例的系统长度TTL小于第一实施例的系统长度TTL；2.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；3.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4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。另外本实施例中，第三透镜30的物侧面31的圆周区域34为凹面。
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，EFL＝1.732毫米；HFOV＝42.401度；TTL＝2.178毫米；Fno＝3.007；ImgH＝1.600毫米。特别是：1.本实施例的系统长度TTL小于第一实施例的系统长度TTL；2.本实施例的半视场角HFOV大于第一实施例的半视场角HFOV；3.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4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，第二透镜20具有正屈光率，第三透镜30具有负屈光率，第三透镜30的物侧面31的圆周区域34为凹面。
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，EFL＝1.770毫米；HFOV＝41.736度；TTL＝2.071毫米；Fno＝2.450；ImgH＝1.600毫米。特别是：1.本实施例的系统长度TTL小于第一实施例的系统长度TTL；2.本实施例的半视场角HFOV大于第一实施例的半视场角HFOV；3.本实施例的畸变像差小于第一实施例的畸变像差。此外，本实施例中当第二透镜20的屈光率为正时，可以有效汇聚光学成像系统的光线，在成像面4上形成清晰的影像；当第三透镜30的屈光率为负，则能修正光学成像系统的像差与球差，使具有较佳的成像质量。
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4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。另外本实施例中，第三透镜30的物侧面31的圆周区域34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，EFL＝1.680毫米；HFOV＝43.007度；TTL＝2.313毫米；Fno＝2.450；ImgH＝1.600毫米。特别是：1.本实施例的半视场角HFOV大于第一实施例的半视场角HFOV；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中。
本发明具有以下功效:
1.当满足第一透镜像侧面的圆周区域为凹面、第二透镜具有负屈光率、第三透镜像侧面的光轴区域为凹面、TL/(Gavg+BFL)≦1.400等条件时，藉由各透镜之间的面形或屈光率搭配，能修正并改善光学成像镜头的畸变与场曲像差，在符合TL/(Gavg+BFL)的比例限制下，透过控制空气间隙与后焦距离，使镜头达到缩小体积的目的，另外再藉由透镜材料及面形的选配，进一步满足以下(a)或(b)两种组合时，能使光学成像镜头更有效的消除色差及减少不必要的杂散光。
(a)第三透镜物侧面的光轴区域为凸面、0.700≦V1/V2≦1.150。
(b)第二透镜像侧面的圆周区域为凸面、1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200。
其中，TL/(Gavg+BFL)较佳的范围为1.100≦TL/(Gavg+BFL)≦1.400。
2.当第一透镜像侧面的光轴区域为凹面、第二透镜像侧面的圆周区域为凸面、第三透镜像侧面的光轴区域为凹面、第三透镜像侧面的圆周区域为凸面、TL/(Gavg+BFL)≦1.400，藉由各透镜之间的面形搭配，能修正并改善光学成像镜头的畸变与场曲像差，在符合TL/(Gavg+BFL)的比例限制下，透过控制空气间隙与后焦距离，使镜头达到缩小体积的目的，另外再藉由透镜材料及个别空气间隙的比例调配，进一步满足1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200、G23/G12≧0.500时，能使光学成像镜头更有效的消除色差及减少不必要的杂散光。其中，G23/G12较佳的范围为0.500≦G23/G12≦1.700。
3.当Fno满足以下表一的比例关系式时，有利于控制光圈值以增进光学成像镜头的进光量，使本发明具备更优异的光学质量。
表一
条件式 较佳范围
Fno/(T1+G12+T2)≧2.550毫米<sup>-1</sup> 2.550毫米<sup>-1</sup>≦Fno/(T1+G12+T2)≦4.500毫米<sup>-1</sup>
Fno/(T2+G23+T3)≧2.350毫米<sup>-1</sup> 2.350毫米<sup>-1</sup>≦Fno/(T2+G23+T3)≦4.000毫米<sup>-1</sup>
(TTL+EFL)/Fno≦2.000毫米 1.200毫米≦(TTL+EFL)/Fno≦2.000毫米
HFOV/Fno≧14.000度 14.000度≦HFOV/Fno≦20.200度
Fno/(T1+T3)≧3.700毫米<sup>-1</sup> 3.700≦Fno/(T1+T3)≦5.400毫米<sup>-1</sup>
4.为了达成缩短光学成像镜头系统长度及确保成像质量，同时考量制作的难易程度，将透镜之间的空气间隙、透镜厚度适度的缩短或搭配有效焦距、后焦距使比例维持在一适当比值，当满足以下表二的条件式之数值限定，能使本发明的实施例有较佳的配置。
表二
条件式 较佳范围
(TL+ALT)/(AAG+BFL)≦1.700 1.400≦(TL+ALT)/(AAG+BFL)≦1.700
TTL/AAG≦4.500 3.300≦TTL/AAG≦4.500
(T1+T3)/T2≦3.000 1.600≦(T1+T3)/T2≦3.000
EFL/Gavg≦8.200 4.700≦EFL/Gavg≦8.200
(TL+EFL)/BFL≦4.000 3.200≦(TL+EFL)/BFL≦4.000
AAG/Tavg≧1.500 1.500≦AAG/Tavg≦2.500
TTL/T1≧7.500 7.500≦TTL/T1≦10.000
ALT/Gavg≦3.800 2.400≦ALT/Gavg≦3.800
TTL/ImgH≦1.450 1.200≦TTL/ImgH≦1.450
EFL/BFL≦2.400 1.700≦EFL/BFL≦2.400
AAG/T2≦2.250 1.400≦AAG/T2≦2.250
TTL/T3≧6.400 6.400≦TTL/T3≦9.100
本发明各实施例的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，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扩大视场角、缩短系统长度、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点，而本发明实施例透镜采用塑料材质更能减轻镜头重量及节省成本。
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。
本发明各实施例揭露之内容包含但不限于焦距、透镜厚度、阿贝系数等光学参数，举例而言，本发明于各实施例揭露一光学参数A及一光学参数B，其中该些光学参数所涵盖的范围、光学参数互相之比较关系及多个实施例涵盖的条件式范围的具体解释如下：
(1)光学参数所涵盖的范围，例如：α2≦A≦α1或β2≦B≦β1，α1为光学参数A在多个实施例中的最大值，α2为光学参数A在多个实施例中的最小值，β1为光学参数B在多个实施例中的最大值，β2为光学参数B在多个实施例中的最小值。
(2)光学参数互相之比较关系，例如：A大于B或A小于B。
(3)多个实施例涵盖的条件式范围，具体来说，由同一实施例的复数个光学参数经过可能的运算所获得之组合关系或比例关系，该些关系定义为E。E可为例如：A+B或A-B或A/B或A*B或(A*B)1/2，而E又满足条件式E≦γ1或E≧γ2或γ2≦E≦γ1，γ1及γ2为同一实施例的光学参数A与光学参数B经过运算所得到的值，且γ1为本发明多个实施例中的最大值，γ2为本发明多个实施例中的最小值。
上述光学参数所涵盖的范围、光学参数互相之比较关系及该些条件式的最大值、最小值及最大值最小值以内的数值范围皆为本发明可据以实施之特征，且皆属于本发明所揭露的范围。上述仅为举例说明，不应以此为限。
本发明之实施例皆可实施，且可于同一实施例中撷取部分特征组合，该特征组合相较于先前技术而言亦能达成无法预期之本案功效，该特征组合包括但不限于面形、屈光率及条件式等特征之搭配。本发明实施方式之揭露为阐明本发明原则之具体实施例，应不拘限本发明于所揭示的实施例。进一步言之，实施例及其附图仅为本发明示范之用，并不受其限囿。
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，其特征在于，由一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，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圆周区域为凹面；
该第二透镜具有负屈光率；
该第三透镜的该物侧面的一光轴区域为凸面，且该像侧面的一光轴区域为凹面；
其中，该光学成像镜头的透镜只有三片；
其中，TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第三透镜的该像侧面在该光轴上的距离，Gavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的平均值，BFL定义为该第三透镜的该像侧面到一成像面在该光轴上的距离，V1定义为该第一透镜的阿贝系数，V2定义为该第二透镜的阿贝系数，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400以及0.700≦V1/V2≦1.150的条件。
2.一种光学成像镜头，其特征在于，由一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，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圆周区域为凹面；
该第二透镜具有负屈光率，且该像侧面的一圆周区域为凸面；
该第三透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面；
其中，该光学成像镜头的透镜只有三片；
其中，TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第三透镜的该像侧面在该光轴上的距离，Gavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的平均值，BFL定义为该第三透镜的该像侧面到一成像面在该光轴上的距离，V1定义为该第一透镜的阿贝系数，V2定义为该第二透镜的阿贝系数，V3定义为该第三透镜的阿贝系数，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400以及1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200的条件。
3.如权利要求1或2所述光学成像镜头，其特征在于，其中Fno定义为该光学成像镜头的光圈值，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，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，且该光学成像镜头满足以下条件：Fno/(T1+G12+T2)≧2.550毫米-1。
4.如权利要求1或2所述光学成像镜头，其特征在于，其中Fno定义为该光学成像镜头的光圈值，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，T2定义为该第二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：Fno/(T2+G23+T3)≧2.350毫米-1。
5.一种光学成像镜头，其特征在于，由一物侧至一像侧沿一光轴依序包含一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，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圆周区域为凹面；
该第二透镜的该像侧面的一圆周区域为凸面；
该第三透镜的该像侧面的一光轴区域为凹面，且该像侧面的一圆周区域为凸面；
其中，该光学成像镜头的透镜只有三片；
其中，TL定义为该第一透镜的该物侧面到该第三透镜的该像侧面在该光轴上的距离，Gavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的平均值，BFL定义为该第三透镜的该像侧面到一成像面在该光轴上的距离，V1定义为该第一透镜的阿贝系数，V2定义为该第二透镜的阿贝系数，V3定义为该第三透镜的阿贝系数，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，且满足TL/(Gavg+BFL)≦1.400、1.800≦V1/V2+V2/V3≦2.200以及G23/G12≧0.500的条件。
6.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中ALT定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的总和，AAG定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，且该光学成像镜头满足以下条件：(TL+ALT)/(AAG+BFL)≦1.700。
7.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到该成像面在该光轴上的距离，AAG定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/AAG≦4.500。
8.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，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，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：(T1+T3)/T2≦3.000。
9.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，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：EFL/Gavg≦8.200。
10.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到该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，Fno定义为该光学成像镜头的光圈值，且该光学成像镜头满足以下条件：(TTL+EFL)/Fno≦2.000毫米。
11.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中HFOV定义为该光学成像镜头的半视场角，Fno定义为该光学成像镜头的光圈值，且该光学成像镜头满足以下条件：HFOV/Fno≧14.000度。
12.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，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：(TL+EFL)/BFL≦4.000。
13.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中AAG定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，Tavg定义为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的平均值，且该光学成像镜头满足以下条件：AAG/Tavg≧1.500。
14.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到该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≧7.500。
15.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中ALT定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的总和，且该光学成像镜头满足以下条件：ALT/Gavg≦3.800。
16.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中Fno定义为该光学成像镜头的光圈值，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：Fno/(T1+T3)≧3.700毫米-1。
17.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到该成像面在该光轴上的距离，ImgH定义为该光学成像镜头的像高，且该光学成像镜头满足以下条件：TTL/ImgH≦1.450。
18.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，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：EFL/BFL≦2.400。
19.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中AAG定义为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，T2定义为该第二透镜在该光轴上的厚度，且该光学成像镜头满足以下条件：AAG/T2≦2.250。
20.如权利要求1或2或5所述光学成像镜头，其特征在于，其中TTL定义为该第一透镜的该物侧面到该成像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：TTL/T3≧6.400。
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