TW201317613A - 四片式光學成像鏡頭及應用該鏡頭的電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種四片式光學成像鏡頭及應用該鏡頭的電子裝置，該鏡頭從物側至像側依序包含一第一、一第二、一第三，及一第四透鏡，且前述透鏡都包括一朝向物側的物側面及一朝向像側的像側面。該第一透鏡為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡的該物側面為凸面。該第二透鏡為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凸面部。該第三透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。該第四透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凸面部，該第四透鏡的該像側面為曲面。藉此，使該鏡頭在縮短長度下仍有好的光學性能。

Description

四片式光學成像鏡頭及應用該鏡頭的電子裝置
本發明是有關於一種光學鏡頭，特別是指一種四片式光學成像鏡頭及應用該鏡頭的電子裝置。
近年來，手機和數位相機等攜帶型電子產品的普及使得影像模組(主要包含光學成像鏡頭、模組後座單元(module holder unit)與感測器(sensor)等元件)相關技術蓬勃發展，而手機和數位相機的薄型輕巧化趨勢也讓影像模組的小型化需求愈來愈高，隨著感光耦合元件(Charge Coupled Device，簡稱為CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，簡稱為CMOS)之技術進步和尺寸縮小化，裝載在影像模組中的光學成像鏡頭也需要相應地縮短長度，但是為了避免攝影效果與品質下降，在縮短光學成像鏡頭的長度時仍然要兼顧良好的光學性能。
美國專利公告號7355801，及美國專利公開號20120013998，上述專利所揭示的均為四片式透鏡結構，且其第二透鏡的像側皆為凹面。
日本專利公開號2011-064989、美國專利公告號7920340、7777972，及台灣專利公開號20110058089來看，所揭示的均為四片式透鏡結構，但各透鏡間的空氣間隙總合設計過大。其中，以美國專利公告號7920340之第五實施例的鏡頭長度為7mm，其不利於手機和數位相機等攜帶 型電子產品的薄型化設計。
由上述申請案所公開的鏡頭，可以歸納出目前的研發趨勢仍在於縮短鏡頭的整體系統長度，但當鏡頭系統長度逐漸縮短，勢必會影響到光學性能與成像品質，因此，目前仍有開發鏡頭長度縮短且能維持良好的光學性能的光學成像鏡頭的需求。
因此，本發明之目的，即在提供一種在縮短鏡頭系統長度的條件下，仍能保有良好的光學性能的四片式光學成像鏡頭。
於是，本發明四片式光學成像鏡頭，從物側至像側依序包含一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡，及一第四透鏡，且該第一透鏡至該第四透鏡都包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面，及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。
該第一透鏡為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡的該物側面為凸面。該第二透鏡為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凸面部。該第三透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。該第四透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凸面部，該第四透鏡的該像側面為曲面並具有一位於光軸附近區域的凹面部，及一位於圓周附近區域的凸面部。
其中，該四片式光學成像鏡頭僅具有上述四片具備屈光率的透鏡。
本發明四片式光學成像鏡頭的有益效果在於：藉由該第一透鏡之設計，可以增加收光能力，能夠有效地從該第二透鏡分配部份的屈光率，以降低透鏡系統敏感度；另外，再藉由該第二透鏡的該像側面的該凸面部與該第三透鏡的該物側面的該凹面部之相互搭配，可以消除色差及場曲(Curvature)，最後，再藉由配合該第四透鏡的設計，能夠有助於修正場曲、高階像差及壓低主光線角度(Chief ray angle，系統光線入射於影像感測器上角度)，進而提高系統的靈敏度。
於是，本發明的電子裝置，包含一機殼，及一安裝在該機殼內的影像模組。
該影像模組包括一如前述所述的四片式光學成像鏡頭、一用於供該四片式光學成像鏡頭設置的鏡筒、一用於供該鏡筒設置的模組後座單元，及一設置於該四片式光學成像鏡頭像側的影像感測器。
本發明該電子裝置的有益效果在於：藉由在該電子裝置中裝載具有前述的四片式光學成像鏡頭的影像模組，可以利用該光學成像鏡頭在縮短系統長度的條件下，仍能提供良好的光學性能的優勢，在不犧牲光學性能的情形下製出更為薄型輕巧的電子裝置，使本發明兼具良好的實用性能且有助於輕薄短小化的結構設計，而能滿足更高的消費需求。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖3，本發明四片式光學成像鏡頭10之一第一較佳實施例，從物側至像側依序包含一光圈2、一第一透鏡3、一第二透鏡4、一第三透鏡5、一第四透鏡6，及一濾光片7。當由一待拍攝物所發出的光線進入該四片式光學成像鏡頭10，並經由該光圈2、該第一透鏡3、該第二透鏡4、該第三透鏡5、該第四透鏡6，及該濾光片7之後，會在一成像面8(Image Plane)形成一影像。該濾光片7為紅外線濾光片7(IR Cut Filter)，用於防止光線中的紅外線投射至該成像面8影響成像品質。而在本第一較佳實施例中，元件的物側是朝向該待拍攝物的一側，而元件的像側是朝向該成像面8的一側。
其中，該第一透鏡3、該第二透鏡4、該第三透鏡5、該第四透鏡6，及該濾光片7都分別具有一朝向物側且使成像光線通過之物側面31、41、51、61、71，及一朝向像側且使成像光線通過之像側面32、42、52、62、72。其中，該等物側面31、41、51、61與該等像側面32、42、52、62皆為非球面。
參閱圖6，在此要特別說明的是，該第一透鏡3至該第四透鏡6還分別具有有一自該物側面31、41、51、61周緣向外延伸且成像光線不通過的物側延伸部310、410、510、 610，及一自該像側面32、42、52、62周緣向外延伸且成像光線不通過的像側延伸部320、420、520、620，該第一透鏡3至該第四透鏡6的物側延伸部310、410、510、610和像側延伸部320、420、520、620分別用來供該等透鏡3、4、5、6、組裝。圖6主要是用來說明該等透鏡3、4、5、6的物側延伸部310、410、510、610，像側延伸部320、420、520、620與其物側面31、41、51、61，像側面32、42、52、62的連接關係，不應以圖6所呈現的圖面內容限制透鏡的物側面與像側面的表面型式。
此外，為了滿足產品輕量化的需求，該第一透鏡3至該第四透鏡6皆為具備屈光率且都是塑膠材質所製成，但其材質不以此為限。
該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。
該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。
該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。
該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸 I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。
該第一較佳實施例的其他詳細光學數據如圖3所示，且該第一較佳實施例的整體系統焦距為2.01mm，半視角(HFOV)為33.54°，其系統長度為2.50mm。
此外，從第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62，共計八個面均是非球面，而該非球面是依下列公式定義：
其中：z：非球面之深度(非球面上距離光軸I為y的點，與相切於非球面光軸I上頂點之切面，兩者間的垂直距離)；c：非球面頂點之曲率(the vertex curvature)；K：錐面係數(conic constant)；，徑向距離(radial distance)；r n ：歸一化半徑(normalization radius(NRADIUS))；u：r/r n ；a m ：第m階Q con 係數(the m th Q con coefficient)；Q m con ：第m階Q con 多項式(the m th Q con polynomial)；其中，x、y、z關係如圖5所示，其中z軸就是光軸I。
該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數如圖4所示。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=1.31；BFL/Gaa=3.00；EFL/T2=8.15；T1/G12=4.03；其中，T1為該第一透鏡3在光軸I上的中心厚度；T2為該第二透鏡4在光軸I上的中心厚度；Gaa為自該第一透鏡3到該第四透鏡6沿光軸I上的三個空氣間隙總合；G12為自該第一透鏡3到該第二透鏡4沿光軸I上的空氣間隙；BFL為該第四透鏡6的該像側面62到該成像面8於光軸I上的距離；及EFL(Effective Focal Length)為該四片式光學成像鏡頭10的系統焦距。
再配合參閱圖2，(a)的圖式說明該第一較佳實施例的縱向球差(longitudinal spherical aberration)，(b)與(c)的圖式則分別說明該第一較佳實施例在成像面8上有關弧矢(sagittal)方向的像散像差(astigmatism aberration)，及子午(tangential)方向的像散像差，(d)的圖式則說明該第一較佳實施例在成像面8上的畸變像差(distortion aberration)。圖2(a)本第一較佳實施例的縱向球差圖示中，每一種波長所成 的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.075mm範圍內，故本實施例確實明顯改善相同波長的球差，此外，三種代表波長彼此間的距離也都控制在±0.015mm的範圍內，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，因而使色像差也獲得明顯改善。
在圖2(b)與2(c)的二個像散像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距落在±0.05mm內，且弧矢方向的焦距更控制在±0.02mm的更小範圍內，說明本第一較佳實施例的光學系統能有效消除像差。而圖2(d)的畸變像差圖式則顯示本第一較佳實施例的畸變像差維持在±3%的範圍內，說明本第一較佳實施例的畸變像差已符合光學系統的成像品質要求，據此說明本第一較佳實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至3mm的條件下，仍能提供較佳的成像品質，故本第一較佳實施例能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度以實現更加薄型化的產品設計。
參閱圖7，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第二較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區 域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：其詳細的光學數據如圖9所示，且該第二較佳實施例的整體系統焦距為2.10mm，半視角(HFOV)為32.24°，系統長度則為2.57mm。
如圖10所示，則為該第二較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=1.15；BFL/Gaa=3.50；EFL/T2=7.47；T1/G12=3.51；配合參閱圖8，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第二較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲 線彼此也相當接近，本第二較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第二較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.07mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±2.3%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第二較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖11，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第三較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第三較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於： 其詳細的光學數據如圖13所示，且本第三較佳實施例的整體系統焦距為1.94mm，半視角(HFOV)為34.48°，系統長度則為2.46mm。
如圖14所示，則為該第三較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=1.20；BFL/Gaa=1.65；EFL/T2=5.05；T1/G12=2.49；配合參閱圖12，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第三較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第三較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第三較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.05mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±3%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第三較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖15，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第四 較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第四較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：其詳細的光學數據如圖17所示，且本第四較佳實施例的整體系統焦距為2.03mm，半視角(HFOV)為33.85°，系統長度則為2.56mm。
如圖18所示，則為該第四較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=2.40； BFL/Gaa=2.20；EFL/T2=11.27；T1/G12=2.32；配合參閱圖16，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第四較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第四較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第四較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.05mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±2%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第四較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖19，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第五較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該 第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第五較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：其詳細的光學數據如圖21所示，且本第五較佳實施例的整體系統焦距為2.27mm，半視角(HFOV)為30.57°，系統長度則為2.75mm。
如圖22所示，則為該第五較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=2.00；BFL/Gaa=3.60；EFL/T2=12.63；T1/G12=2.69；配合參閱圖20，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第五較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第五較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第五較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距 也都落在±0.12mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±1.2%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第五較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖23，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第六較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第六較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：其詳細的光學數據如圖25所示，且本第六較佳實施例的整體系統焦距為2.03mm，半視角(HFOV)為33.42°，系統長度則為2.50mm。
如圖26所示，則為該第六較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=3.20；BFL/Gaa=1.61；EFL/T2=11.26；T1/G12=1.83；配合參閱圖24，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第六較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第六較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第六較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.06mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±2.8%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第六較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖27，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第七較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為曲面並具有 一位於光軸I附近區域的凹面部321，及一位於圓周附近區域的凸面部322。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第七較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：該第一透鏡3的該像側面32為曲面並還具有一位於圓周附近區域的凸面部322。
其詳細的光學數據如圖29所示，且本第七較佳實施例的整體系統焦距為2.06mm，半視角(HFOV)為33.14°，系統長度則為2.55mm。
如圖30所示，則為該第七較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=2.70；BFL/Gaa=1.61； EFL/T2=10.91；T1/G12=3.92；配合參閱圖28，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第七較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第七較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第七較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.05mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±2.7%的範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第七較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
參閱圖31，為本發明四片式光學成像鏡頭10的一第八較佳實施例，其與該第一較佳實施例大致相似。其中，該第一透鏡3為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，該第一透鏡3的該像側面32為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部321。該第二透鏡4為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡4的該物側面41為凹面，該第二透鏡4的該像側面42為凸面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部421。該第三透鏡5為正屈光率的透鏡，且該第三透鏡5的該物側面51為凹面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部511，該第三透鏡5的該像側面52為凸面。該第四透鏡6為負屈光率的透鏡，且該第四透鏡6的該物側 面61為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凸面部611，該第四透鏡6的該像側面62為曲面並具有一位於光軸I附近區域的凹面部621，及一位於圓周附近區域的凸面部622。其中，該第八較佳實施例與該第一較佳實施例的主要不同之處在於：其詳細的光學數據如圖33所示，且本第八較佳實施例的整體系統焦距為1.97mm，半視角(HFOV)為34.38°，系統長度則為2.46mm。
如圖34所示，則為該第八較佳實施例的該第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，該四片式光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係為：Gaa/T2=1.66；BFL/Gaa=1.61；EFL/T2=6.50；T1/G12=2.46；配合參閱圖32，由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的畸變像差圖式可看出該第八較佳實施例與第一較佳實施例一樣，所得到的縱向球差的三種代表波長的曲線彼此也相當接近，本第八較佳實施例也有效消除縱向球差，且具有明顯改善的色像差。而本第八較佳實施例所得到的像散像差中三種代表波長在整個視場角範圍內的焦距也都落在±0.05mm的範圍內，且其畸變像差也維持在±3%的 範圍內，同樣能在系統長度已縮短至3mm的條件下提供較佳的成像品質，使本第八較佳實施例也能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，而有利於薄型化產品設計。
再配合參閱圖35，為上述八個較佳實施的各項光學參數的表格圖，當本發明四片式光學成像鏡頭10中的各項光學參數間的關係式滿足下列條件式時，在系統長度縮短為3mm左右的範圍內，仍然會有較佳的光學性能表現，使本發明應用於相關電子裝置時，能製出更加薄型化的產品：Gaa/T2≦3.5---(2)
T1/G12≦4.1---(3)
1.6≦BFL/Gaa---(4)
5≦EFL/T2≦16---(5)
當Gaa/T2滿足上述條件式(2)時，會使得Gaa與T2落在合適的長度範圍內，若不滿足該條件式(2)，則會有T2太薄而造成製程困難的問題，而較佳地是滿足Gaa/T2≦3.2。
當T1/G12滿足上述條件式(3)時，會使得G12與T1落在合適的長度範圍內，若不滿足此條件式(3)時，則會有T1過大而不利於光學成像鏡頭之系統長度縮短的問題。
當BFL/Gaa滿足上述條件式(4)時，會使得Gaa與BFL落在合適的長度範圍內，若不滿足此條件(4)時，則表示BFL過小而產生製作上的問題，而當BFL/Gaa介於1.6~2.1之間時，雖然可以達到縮短鏡頭系統長度並維持良好品質之功效，但是會有BFL偏小而Gaa偏大的情況，所以在考 量鏡頭系統長度與製造技術之均衡條件下，較佳地是滿足2.1≦BFL/Gaa。
當EFL/T2滿足上述條件式(5)時，則有利鏡頭系統長度縮短，若EFL/T2<5時，則會有EFL過小而造成鏡頭設計與製作上的困難，若EFL/T2>16時，則EFL過大而不利鏡頭系統長度縮短，當5≦EFL/T2<6時，其焦距偏小而T2偏大，而在鏡頭系統長度的配置當中，因為該第二透鏡4相較於該第三透鏡5與該第四透鏡6小，所以在製作上厚度可以做小，但是若T2偏大時，在鏡頭系統長度縮短過程中，則不利於做其它鏡片厚度的調整，且此時的EFL偏小其製作上也較為困難。所以當滿足5≦EFL/T2<6時，雖可達到縮短鏡頭系統長度並維持良好品質的功效，但還是會有一些製作技術上及所有鏡片厚度調整的難度存在，故較佳地是滿足6≦EFL/T2≦13.5。
歸納上述，本發明四片式光學成像鏡頭10，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
一、藉由該第一透鏡3為正屈光率，且該第一透鏡3的該物側面31為凸面，可以增加收光能力，能夠有效地從該第二透鏡4分配部份的屈光率，以降低透鏡系統敏感度；另一方面，再藉由該第一透鏡3的該像側面32具有位於光軸I附近區域的該凹面部321，則有助以修正系統像散。
二、藉由該第二透鏡4為負屈光率，且該像側面42具有位於光軸I附近區域的凸面部421，與該第三透鏡5的該物側面51具有位於光軸I附近區域的凹面部511之相互配 合，可以有效地消除色差及場曲。
三、藉由該第四透鏡6的該物側面61具有位在光軸I附近區域的凸面部611，及該像側面62為曲面並具有位在光軸I附近區域的凹面部621，及位於圓周附近區域的凸面部622之設計，可以有助於修正場曲、高階像差，及壓低主光線角度(Chief ray angle，系統光線入射於影像感測器(圖未示)的角度)，進而提高系統的靈敏度。
四、本發明藉由相關設計參數之控制，例如Gaa/T2、T1/G12、BFL/Gaa，及EFL/T2等參數之控制，使整個系統具有較佳的消除像差能力，例如消除球差之能力，再配合該等透鏡3、4、5、6物側面31、41、51、61或像側面32、42、52、62的凹凸形狀設計與排列，使該光學成像系統在縮短系統長度的條件下，仍具備能夠有效克服色像差的光學性能，並提供較佳的成像品質。
六、由前述八個較佳實施例的說明，顯示本發明四片式光學成像鏡頭10的設計，其該等較佳實施例的系統長度皆可以縮短到3mm以內，相較於現有的光學成像鏡頭，應用本發明的鏡頭能製造出更薄型化的產品，使本發明具有符合市場需求的經濟效益。
參閱圖36，為應用前述四片式光學成像鏡頭10的電子裝置1的一第一較佳實施例，該電子裝置1包含一機殼11，及一安裝在該機殼11內的影像模組12。在此僅是以手機為例說明該電子裝置1，但該電子裝置1的型式不以此為限。
該影像模組12包括一如前所述的四片式光學成像鏡頭10、一用於供該四片式光學成像鏡頭10設置的鏡筒21、一用於供該鏡筒21設置的模組後座單元120，及一設置於該四片式光學成像鏡頭10像側的影像感測器130。該成像面8(見圖1)是形成於該影像感測器130。
該模組後座單元120具有一鏡頭後座121，及一設置於該鏡頭後座121與該影像感測器130之間的影像感測器後座122。其中，該鏡筒21是和該鏡頭後座121沿一軸線Ⅱ同軸設置，且該鏡筒21設置於該鏡頭後座121內側。
參閱圖37，為應用前述四片式光學成像鏡頭10的電子裝置1的一第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例的電子裝置1的主要差別在於：該模組後座單元120為音圈馬達(VCM)型式。該鏡頭後座121具有一與該鏡筒21外側相貼合且沿一軸線Ⅲ設置的第一座體123、一沿該軸線Ⅲ並環繞著該第一座體123外側設置的第二座體124、一設置在該第一座體123外側與該第二座體124內側之間的線圈125，及一設置在該線圈125外側與該第二座體124內側之間的磁性元件126。
該鏡頭後座121的第一座體123可帶著該鏡筒21及設置在該鏡筒21內的四片式光學成像鏡頭2沿該軸線Ⅲ移動。該影像感測器後座122則與該第二座體124相貼合。其中，該紅外線濾光片7則是設置在該影像感測器後座122。該電子裝置1的第二較佳實施例的其他元件結構則與第一較佳實施例的電子裝置1類似，在此不再贅述。
藉由安裝該四片式光學成像鏡頭10，由於該光學成像鏡頭10的系統長度能有效縮短，使該電子裝置1的第一較佳實施例與第二較佳實施例的厚度都能相對縮小進而製出更薄型化的產品，且仍然能夠提供良好的光學性能與成像品質，藉此，使本發明的電子裝置1除了具有減少機殼原料用量的經濟效益外，還能滿足輕薄短小的產品設計趨勢與消費需求。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧光學成像鏡頭
61‧‧‧物側面
2‧‧‧光圈
610‧‧‧物側延伸部
3‧‧‧第一透鏡
611‧‧‧凸面部
31‧‧‧物側面
62‧‧‧像側面
310‧‧‧物側延伸部
620‧‧‧像側延伸部
32‧‧‧像側面
621‧‧‧凹面部
320‧‧‧像側延伸部
622‧‧‧凸面部
321‧‧‧凹面部
7‧‧‧濾光片
322‧‧‧凸面部
8‧‧‧成像面
4‧‧‧第二透鏡
I‧‧‧光軸
41‧‧‧物側面
1‧‧‧電子裝置
410‧‧‧物側延伸部
11‧‧‧機殼
42‧‧‧像側面
120‧‧‧模組後座單元
420‧‧‧像側延伸部
121‧‧‧鏡頭後座
421‧‧‧凸面部
122‧‧‧影像感測器後座
5‧‧‧第三透鏡
123‧‧‧第一座體
51‧‧‧物側面
124‧‧‧第二座體
510‧‧‧物側延伸部
125‧‧‧線圈
511‧‧‧凹面部
126‧‧‧磁性元件
52‧‧‧像側面
130‧‧‧影像感測器
520‧‧‧像側延伸部
21‧‧‧鏡筒
6‧‧‧第四透鏡
Ⅱ、Ⅲ‧‧‧軸線
圖1是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第一較佳實施例；圖2是該第一較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖3是一表格圖，說明該第一較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖4是一表格圖，說明該第一較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖5是一示意圖；圖6是一透鏡結構從中間剖切後的一立體示意圖，說明該第一透鏡至該第四透鏡分別具有一物側延伸部及一像側延伸部的情形；圖7是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡 頭的一第二較佳實施例；圖8是該第二較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖9是一表格圖，說明該第二較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖10是一表格圖，說明該第二較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖11是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第三較佳實施例；圖12是該第三較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖13是一表格圖，說明該第三較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖14是一表格圖，說明該第三較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖15是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第四較佳實施例；圖16是該第四較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖17是一表格圖，說明該第四較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖18是一表格圖，說明該第四較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖19是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第五較佳實施例；圖20是該第五較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖21是一表格圖，說明該第五較佳實施例的各透鏡的 光學數據；圖22是一表格圖，說明該第五較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖23是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第六較佳實施例；圖24是該第六較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖25是一表格圖，說明該第六較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖26是一表格圖，說明該第六較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖27是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第七較佳實施例；圖28是該第七較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖29是一表格圖，說明該第七較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖30是一表格圖，說明該第七較佳實施例的各透鏡的非球面係數；圖31是一配置示意圖，說明本發明四片式光學成像鏡頭的一第八較佳實施例；圖32是該第八較佳實施例的縱向球差與各項像差圖；圖33是一表格圖，說明該第八較佳實施例的各透鏡的光學數據；圖34是一表格圖，說明該第八較佳實施例的各透鏡的非球面係數； 圖35是一表格圖，說明該四片式光學成像鏡頭的該第一較佳實施例至該第八較佳實施例的各項光學參數；圖36是一剖視示意圖，說明本發明電子裝置的一第一較佳實施例；及圖37是一剖視示意圖，說明本發明電子裝置的一第二較佳實施例。
10‧‧‧光學成像鏡頭
2‧‧‧光圈
3‧‧‧第一透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
321‧‧‧凹面部
4‧‧‧第二透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
421‧‧‧凸面部
5‧‧‧第三透鏡
51‧‧‧物側面
511‧‧‧凹面部
52‧‧‧像側面
6‧‧‧第四透鏡
61‧‧‧物側面
611‧‧‧凸面部
62‧‧‧像側面
621‧‧‧凹面部
622‧‧‧凸面部
7‧‧‧濾光片
8‧‧‧成像面
I‧‧‧光軸

Claims (16)

  1. 一種四片式光學成像鏡頭，從物側至像側依序包含一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡，及一第四透鏡，且該第一透鏡至該第四透鏡都包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面：該第一透鏡為正屈光率的透鏡，且該第一透鏡的該物側面為凸面；該第二透鏡為負屈光率的透鏡，且該第二透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凸面部；該第三透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凹面部；及該第四透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凸面部，該第四透鏡的該像側面為曲面，並具有一位於光軸附近區域的凹面部，及一位於圓周附近區域的凸面部；其中，該四片式光學成像鏡頭僅具有上述四片具備屈光率的透鏡。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2，自該第一透鏡到該第四透鏡沿光軸上的三個空氣間隙總合為Gaa，並滿足下列條件式：Gaa/T2≦3.5。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，進一步滿足下列條件式：Gaa/T2≦3.2。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，自該第一透鏡到該第二透鏡沿光軸上的空氣間隙為G12，並滿足下列條件式：T1/G12≦4.1。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。
  6. 根據申請專利範圍第2項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該四片式光學成像鏡頭的系統焦距為EFL，並滿足下列條件式：5≦EFL/T2≦16。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，自該第一透鏡到該第二透鏡沿光軸上的空氣間隙為G12，並滿足下列條件式：T1/G12≦4.1。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第四透鏡的該像側面到一成像面於光軸上的距離為BFL，自該第一透鏡到該第四透鏡沿光軸上的空氣間隙總合為Gaa，並滿足下列條件式：1.6≦BFL/Gaa。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，進一步滿足下列條件式：2.1≦BFL/Gaa。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之四片式光學成像鏡頭， 其中，該第一透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。
  12. 根據申請專利範圍第9項所述之四片式光學成像鏡，其中，該第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2，該四片式光學成像鏡頭的系統焦距為EFL，並滿足下列條件式：6≦EFL/T2≦13.5。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之四片式光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡的該像側面具有一位於光軸附近區域的凹面部。
  14. 一種電子裝置，包含：一機殼；及一影像模組，是安裝在該機殼內，並包括一如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的四片式光學成像鏡頭、一用於供該四片式光學成像鏡頭設置的鏡筒、一用於供該鏡筒設置的模組後座單元，及一設置於該四片式光學成像鏡頭像側的影像感測器。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中，該模組後座單元具有一鏡頭後座，該鏡頭後座具有一與該鏡筒外側相貼合且沿一軸線設置的第一座體，及一沿該軸線並環繞著該第一座體外側設置的第二座體，該第一座體可帶著該鏡筒與設置於該鏡筒內的四片式光學成像鏡頭沿該軸線移動。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中，該模組後座單元還具有一位於該第二座體和該影像感測器之 間的影像感測器後座，且該影像感測器後座和該第二座體相貼合。
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