TWI454732B - 可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭 - Google Patents

可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭 Download PDF

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Description

可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭
本發明乃是與一種可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭相關，且尤其是與應用五片式透鏡之可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭相關。
近年來，手機和數位相機等可攜式電子裝置的普及使得攝影模組(包括光學成像鏡頭、模組後座單元及影像感測器等元件)蓬勃發展，手機和數位相機的薄型輕巧化也讓攝影模組的小型化需求愈來愈高，隨著感光耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)之技術進步和尺寸縮小，裝載在攝影模組中的光學成像鏡頭也需要縮小體積，但光學成像鏡頭之良好光學性能也是必要顧及之處。
美國專利公開號2011176049、20110316969、及美國專利公告號7,480,105皆揭露五片式透鏡結構，其第一透鏡的屈光率為負，較不易使光學成像鏡頭縮短及維持良好光學性能。
美國專利公開號20120069455、20100254029、台灣專利公告號M369459、及日本專利公開號2010-224521皆揭露五片式透鏡結構，其部份實施例中各透鏡在光軸上的空氣間隙總和過大，不利於手機和數位相機等攜帶型電子產品的薄型化設計。
美國專利公開號20120087019、20120087020、20120105704、及美國專利公告號8,179,614皆揭露五片式透鏡結構，其部份實施例中第一透鏡與第一透鏡之間在光軸上的空氣間隙過大，不利於手機和數位相機等攜帶型電子產品的薄型化設計。
美國專利公開號20100253829、及台灣專利公開號2012013926皆揭露五片式透鏡結構，其各透鏡在光軸上的厚度總和過大，不利於手機和數位相機等攜帶型電子產品的薄型化設計。
尤其是，其中美國專利公開號20100254029鏡頭長度在9.7毫米(mm)以上，不利於手機和數位相機等攜帶型電子產品的薄型化設計。
可攜式電子裝置的趨勢是愈趨輕薄短小，因此如何有效縮短鏡頭長度成為目前產業界致力研發的課題之一，但好的成像品質也是需要顧及之處，有鑑於此，目前亟需研發鏡頭長度更短且同時維持良好光學性能之光學成像鏡頭。
本發明之一目的係在提供一種可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭，透過控制各透鏡的凹凸曲面排列及/或屈光性之特性，而在維持良好光學性能，如：提高解析度，並維持系統性能之條件下，縮短鏡頭長度。
依據本發明，提供一種光學成像鏡頭，從物側至像側依序包括：一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、及一第五透鏡。第一透鏡具有正屈光率，並包括一朝向物側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；第二透鏡具有負屈光率，並包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部；第三透鏡包括一朝向像側的曲面，朝向像側的曲面包括一位於第三透鏡圓周附近區域的凸面部；第四透鏡包括一朝向像側的曲面，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；第五透鏡包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部及一位於第五透鏡圓周附近區域的凸面部；其中，光學成像鏡頭具有屈光率的鏡片只有五片透鏡，第一至第五透鏡在光軸上的厚度總和為ALT，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1 ，ALT與T1 滿足以下關係式：；及第一透鏡與第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總和為Gaa ，第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G12 ，Gaa 、ALT與G12 進一步滿足以下關係式：
依據本發明之一實施態樣，可額外控制光學成像鏡頭的相關參數，如：控制沿光軸上的各鏡片間的空氣間隔總和與個別空氣間隙之關聯性，其中一例為控制介在第一透鏡與第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總和(以Gaa 表示)和第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙(以G12 表示)之間的關聯性，使得Gaa 與G12 滿足以下關係式：
另一例為控制第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙(以G45 表示)與G12 之間的關聯性，使得G45 與G12 滿足以下關係式：
另一例為控制第三透鏡的焦距(以f3 表示)與光學成像鏡頭的有效焦距(以f表示)之間的關聯性，使得f3 與f滿足以下關係式：
再一例為控制Gaa 與T1 之間的關聯性，使得Gaa 與T1 滿足以下關係式：
又一例為控制T1 與G12 之間的關聯性，使得T1 與G12 滿足以下關係式：
另一例為控制Gaa 的範圍，使得Gaa 滿足以下關係式：
再一例為控制Gaa 、ALT與G12 之間的關聯性，使得Gaa 、ALT與G12 滿足以下關係式：
又一例為控制Gaa 、G12 與G45 之間的關聯性，使得Gaa 、G12 與G45 滿足以下關係式：
前述所列之示例性限定關係亦可選擇性地合併施用於本發明之實施態樣中，並不限於此。
依據本發明之一實施態樣，可額外設置一光圈，以調整進入系統的進光量大小，舉例來說，光圈可設置於第一透鏡朝向 物側之前，然不限定於此。
依據本發明之一實施態樣，可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及/或解析度的控制。
本發明可依據前述之各種光學成像鏡頭，提供一種可攜式電子裝置，包括：一機殼及一影像模組設置於機殼內。影像模組包括前述之任一五片式光學成像鏡頭、一鏡筒、一模組後座單元、及一影像感測器。鏡筒俾供設置五片式光學成像鏡頭，模組後座單元俾供設置鏡筒，影像感測器設置於五片式光學成像鏡頭的像側。
依據本發明之一實施態樣，前述模組後座單元可包括但不限定於一鏡頭後座，鏡頭後座具有一第一座體及一第二座體，第一座體與鏡筒外側相貼合且沿一軸線設置，第二座體沿軸線並環繞著第一座體外側設置，第一座體可帶動鏡筒與設置於鏡筒內的五片式光學成像鏡頭沿軸線移動。
依據本發明之一實施態樣，前述模組後座單元可額外包括但不限定於一位於第二座體和影像感測器之間的影像感測器後座，且影像感測器後座和第二座體相貼合。
由上述中可以得知，本發明之可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭，透過控制各透鏡的凹凸曲面排列及/或屈光性之設計，以維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
為進一步說明各實施例，本發明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發明揭露內容之一部分，其主要係用以說明實施例，並可配合說明書之相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域具有通常知識者應能理解其他可能的實施方式以及本發明之優點。圖中的元件並未按比例繪製，而類似的元件符號通常用來表示類似的元件。
本發明之光學成像鏡頭，乃是由從物側至像側依序設置之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、及第五透鏡所構成，光學成像鏡頭具有屈光率的鏡片僅只有五片透鏡。透過設計各透鏡之細部特徵，而可提供良好之光學性能，並縮短鏡頭長度，各透鏡之細部特徵如下：第一透鏡具有正屈光率，並包括一朝向物側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；第二透鏡具有負屈光率，並包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部；第三透鏡包括一朝向像側的曲面，朝向像側的曲面包括一位於第三透鏡圓周附近區域的凸面部；第四透鏡包括一朝向像側的曲面，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；第五透鏡包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部及一位於 第五透鏡圓周附近區域的凸面部；其中，光學成像鏡頭具有屈光率的鏡片只有五片透鏡。
在此設計的前述各鏡片之特性主要是考量光學成像鏡頭的光學特性與鏡頭長度，舉例來說：第一透鏡具有正的屈光率且具有一朝向物側且在光軸附近區域為一凸面部的曲面，藉此可增加聚光能力，進一步再設置一光圈於第一透鏡朝向物側之前，光圈的設置位置搭配第一透鏡的屈光率可有效縮短光學成像鏡頭的鏡頭長度；第二透鏡具有負的屈光率且具有一朝向物側且在光軸附近區域為一凸面部的曲面，以及朝向像側且在光軸附近區域為一凹面部的曲面，再搭配第三透鏡具有一朝向像側且在第三透鏡圓周附近為一凸面部的曲面，如此對修正像差有幫助；第四透鏡具有一朝向像側且在光軸附近區域為一凸面部的曲面，可幫助光學成像鏡頭聚光；第五透鏡具有一朝向物側且在光軸附近區域為一凸面部的曲面，及一朝向像側且在光軸附近區域為一凹面部及在第五透鏡圓周附近區域為一凸面部的曲面，有助於修正場曲(Curvature)、高階像差及壓低主光線角度(Chief ray angle，即系統光線入射於影像感測器上角度)，進而提高光學成像鏡頭在成像時的靈敏度。
在本發明之一實施例中，第一至第五透鏡在光軸上的厚度總和為ALT，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1 ，ALT與T1 滿足以下關係式：
關係式(1)表示在設計光學成像鏡頭的過程中，ALT縮短的比例較T1 縮短的比例大。因為第一透鏡主要提供光學成像鏡頭正屈光率，所以第一透鏡的厚度不能太薄，否則光學成像鏡頭的聚光效果可能不足。而第一至第五透鏡在光軸上的厚度總和ALT縮短時，可縮短除了第一透鏡的其他透鏡的厚度，達到較大的縮短比例，所以當滿足此關係式(1)時，光學成像鏡頭的的聚光效果和長度達到較好的搭配。關係式(1)可進一步受一下限限制，如關係式(1')：
在本發明之一實施例中，亦可額外控制沿光軸上的各鏡片間的空氣間隔總和與個別空氣間隙之關聯性，其中一例為控制介在第一透鏡與第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總和(以Gaa 表示)和第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙(以G12 表示)之間的關聯性，使得Gaa 與G12 滿足以下關係式：
關係式(2)表示在縮短光學成像鏡頭的過程中，Gaa 縮短的比例較G12 縮短的比例小，由於第二透鏡物側面在光軸附近 區域具有一凸面部，所以第一透鏡與第二透鏡之間的距離可以縮得較小，因此可以有效縮短光學成像鏡頭長度。關係式(2)可進一步受一上限限制，如關係式(2')：
另一例為控制第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙(以G45 表示)與G12 之間的關聯性，使得G45 與G12 滿足以下關係式：
關係式(3)表示在縮短光學成像鏡頭的過程中，G45 縮小的幅度較G12 大，由於第四透鏡像側面具有一個在光軸附近區域的凸面部，第五透鏡物側面也具有一個在光軸附近區域的凸面部，所以在縮短光學成像鏡頭的過程中，G45 縮小的比例可以較G12 縮短的比例大，是在達到光學成像鏡頭縮短過程中一種較好的配置方式。關係式(3)可進一步受一下限限制，如關係式(3')：
綜合地說，在縮短光學成像鏡頭的過程中，各透鏡之間的空氣間隙的縮短，以G12 及G45 的縮短比例可以較其它空氣間隙縮短比例較大。
另一例為控制第三透鏡的焦距(以f3 表示)與該光學成像鏡頭的有效焦距(以f表示)之間的關聯性，使得f3 與f滿足以下關係式：
關係式(4)表示第三透鏡和第一、第二透鏡形成正負正的對稱結構，具有較佳的修正像差能力。
再一例為控制Gaa 與T1 之間的關聯性，使得Gaa 與T1 滿足以下關係式：
關係式(5)表示當T1 變長時，表示第一透鏡聚光能力較好，所以當從第一透鏡射出的光線要在相同的高度下進入第二透鏡時，便需要將G12 縮小，所以Gaa 也會縮小，如此滿足關係式(5)時，有利光學成像鏡頭縮短。關係式(5)可進一步受一下限限制，如關係式(5')：
較佳地，Gaa 與T1 可進一步滿足關係式(5")：
又一例為控制T1 與G12 之間的關聯性，使得T1 與G12 滿足 以下關係式：
關係式(6)表示T1 和G12 的配置落在合適的範圍內，考慮第一透鏡的聚光折射能力與光線進入第二透鏡的高度，在此配置下，可使光學成像鏡頭縮短並維持良好性能。
較佳地，T1 和G12 可進一步滿足關係式(6')：
關係式(6)可進一步受一上限限制，如關係式(6")：
另一例為控制Gaa 的範圍，使得Gaa 滿足以下關係式：
關係式(7)表示在縮短光學成像鏡頭的過程中，Gaa 不能太大，若Gaa 太大則光學成像鏡頭的長度無法縮短，但Gaa 太小則會增加光學成像鏡頭製造上的難度，因此較佳地，Gaa 可受一下限限制，如關係式(7')：
再一例為控制Gaa 、ALT與G12 之間的關聯性，使得Gaa 、ALT與G12 滿足以下關係式：
關係式(8)表示Gaa 、ALT及G12 落在合適的範圍內，若不滿足關係式(8)，則表示ALT太大或G12 太大，兩者都不利光學成像鏡頭的縮短。
較佳地，Gaa 、ALT與G12 可進一步滿足關係式(8')或(8")：
又較佳地，關係式(8)可受一上限限制，如關係式(8''')：
又一例為控制Gaa 、G12 與G45 之間的關聯性，使得Gaa 、G12 與G45 滿足以下關係式：
關係式(9)表示在縮短光學成像鏡頭的過程中，G12 與G45 是光學成像鏡頭配置可以做得較小的兩個間隙，但G12 與G45 過小也會造成製作上的組裝困難，所以在滿足關係式(9)時，Gaa 、G12 及G45 可以得到較佳的搭配。
又較佳地，關係式(9)可進一步可受一下限限制，如關 係式(9')：
前述所列之示例性限定關係亦可選擇性地合併施用於本發明之實施態樣中，並不限於此。
在實施本發明時，除了上述關聯性之外，亦可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構及/或屈光性，以加強對系統性能及/或解析度的控制，如以下多個實施例。須注意的是，在此所列之示例性細部結構及/或屈光性等特性亦可在無衝突之情況之下，選擇性地合併施用於本發明之其他實施例當中，並不限於此。
為了說明本發明確實可在提供良好的光學性能的同時，縮短鏡頭長度，以下提供多個實施例以及其詳細的光學數據。首先請一併參考第1圖至第5圖，其中第1圖至第5圖分別顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭1之五片式透鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、一透鏡之另一剖面結構示意圖、詳細光學數據、及各鏡片之非球面係數數據。
如第1圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭1從物側A1至像側A2依序包括一光圈(Aperture stop)100、一第一透鏡110、一第二透鏡120、一第三透鏡130、一第四透鏡140、及 一第五透鏡150。一濾光件160及一影像感測器的成像面170皆設置於光學成像鏡頭1的像側A2。濾光件160在此示例性地為一紅外線濾光片(IR Cut Filter)，包括一朝向物側的表面161及一朝向像側的表面162。濾光件160設於第五透鏡150與成像面170之間，濾光件160可將經過光學成像鏡頭1的光過濾掉特定波段的波長，如：過濾掉紅外線波段，可使人眼看不到的紅外線波段的波長不會成像於成像面170上。
光學成像鏡頭1之各透鏡之細部結構如下：第一透鏡110具有正屈光率，其係為塑膠材質所構成，並具有一朝向物側的凸面111、及一朝向像側的曲面112。凸面111包括一位於光軸附近區域的凸面部1111。曲面112包括一位於光軸附近區域的凹面部1121及一位於第一透鏡110圓周附近區域的凸面部1122。凸面111及曲面112皆為非球面。
第二透鏡120具有負屈光率，其係為塑膠材質所構成，並具有一朝向物側的凸面121、及一朝向像側的凹面122。凸面121包括一位於光軸附近區域的凸面部1211。凹面122包括一位於光軸附近區域的凹面部1221。凸面121及凹面122皆為非球面。
第三透鏡130具有正屈光率，其係為塑膠材質所構成，並具有一朝向物側的曲面131、及一朝向像側的曲面132。曲面131包括一位於光軸附近區域的凸面部1311、及一位於第三透鏡130圓周附近區域的凹面部1312。曲面132包括一位於光 軸附近區域的凹面部1321、及一位於第三透鏡130圓周附近區域的凸面部1322。曲面131及曲面132皆為非球面。
第四透鏡140具有正屈光率，其係為塑膠材質所構成，並具有一朝向物側的凹面141、及一朝向像側的凸面142。凸面142包括一位於光軸附近區域的凸面部1421。凹面141及凸面142皆為非球面。
第五透鏡150具有負屈光率，其係為塑膠材質所構成，並具有一朝向物側的曲面151、及一朝向像側的曲面152，曲面151包括一位於光軸附近區域的凸面部1511。曲面152包括一位於光軸附近區域的凹面部1521及一位於第五透鏡150圓周附近區域的凸面部1522。曲面151及曲面152皆為非球面。
在本實施例中，係設計透鏡110-150、濾光件160、及影像感測器的成像面170之間沿光軸皆存在空氣間隔，如：第一透鏡110與第二透鏡120之間存在空氣間隔d1、第二透鏡120與第三透鏡130之間存在空氣間隔d2、第三透鏡130與第四透鏡140之間存在空氣間隔d3、第四透鏡140與第五透鏡150之間存在空氣間隔d4、第五透鏡150與濾光件160之間存在空氣間隔d5、及濾光件160與影像感測器的成像面170之間存在空氣間隔d6，然而在其他實施例中，亦可不具有前述其中任一空氣間隔，如：將兩相對透鏡的表面輪廓設計為彼此相應，而可彼此貼合，以消除其間之空氣間隔。由此可知，空氣間隔d1即為G12 ，空氣間隔d3即為G34 ，空氣間隔d1、d2、 d3、d4之總和即為Gaa (all air gap)。
關於本實施例之光學成像鏡頭1中的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第4圖，其中 、G aa 、的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5')、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6')、(6")；G aa =0.86mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8')、(8")、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡110朝向物側的凸面111至成像面170在光軸 上的長度為3.68毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭1之鏡頭長度。
在此須注意的是，在本發明中，為了簡明顯示各透鏡之結構，僅顯示成像光線通過的部分，舉例來說，以第一透鏡110為例，如第1圖所示，包括朝向物側的凸面111，及朝向像側的曲面112。然而，在實施本實施例之各透鏡時，可選擇性地額外包括一固定部，以供等透鏡設置於光學成像鏡頭1內。同樣以第一透鏡110為例，請參考第3圖，其顯示第一透鏡110還包括一固定部，在此示例為由物側凸面111及像側曲面112往第一透鏡110邊緣外延伸之一延伸部113，以供第一透鏡110組裝於光學成像鏡頭1內，理想的成像光線不會通過延伸部113，固定部之結構與外形無須限制於此。
第一透鏡110的凸面111及曲面112、第二透鏡120的凸面121及凹面122、第三透鏡130的曲面131及曲面132、及第四透鏡140的凹面141及凸面142，第五透鏡150的曲面151及曲面152共計十個非球面皆是依下列非球面曲線公式定義： 其中：R表示透鏡表面之曲率半徑；Z表示非球面之深度(非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離)； Y表示非球面曲面上的點與光軸的垂直距離；K為錐面係數(Conic Constant)；a2i 為第2i階非球面係數。
本實施例的透鏡110、120、130、140、150之各個非球面之係數K、a4 ~a24 之詳細數據請一併參考第5圖。
另一方面，從第2圖當中可以看出，本實施例之光學成像鏡頭1在縱向球差(longitudinal spherical aberration)(a)、弧矢(sagittal)方向的像散像差(b)、子午(tangential)方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭1確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
另請一併參考第6圖至第9圖，第6圖至第9圖分別顯示依據本發明之第二實施例之光學成像鏡頭2之五片式透鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、及詳細光學數據、各鏡片之非球面數據。
如第6圖中所示，第二實施例之光學成像鏡頭2大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似，也就是本實施例之光學成像鏡頭2從物側A1至像側A2依序包括一光圈200、第一透鏡至第五透鏡210~250，一濾光件260及一影像感測器的成像面270皆設置於光學成像鏡頭2的像側A2，且各透鏡210~250的凹凸曲面(包括朝向物側的曲面211~251、及朝向像側的曲面212~252)、濾光件260的表面261、262、及成像面270的 排列大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似。第二實施例之光學成像鏡頭2與第一實施例之光學成像鏡頭1主要的不同之處在於光學成像鏡頭2之第一透鏡210朝向像側的曲面212為凸面，且各鏡片210~250的中心厚度與各空氣間隔之距離有些許的差異。關於本實施例之光學成像鏡頭2中的各透鏡之光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第8圖，其中 、G aa 、的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5)、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6')、(6")；G aa =0.83mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8')、(8")、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡210朝向物側的凸面至成像面270在光軸上的長度為3.69毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭2之鏡頭長度。
另一方面，從第7圖當中可以看出，本實施例之光學成像鏡頭2在縱向球差(a)、弧矢方向的像散像差(b)、子午方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭2確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
另請一併參考第10圖至第13圖，第10圖至第13圖分別顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭3之五片式透鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、詳細光學數據、及非球面數據。
如第10圖中所示，第三實施例之光學成像鏡頭3大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似，也就是本實施例之光學成像鏡頭3從物側A1至像側A2依序包括一光圈300、第一透鏡至第五透鏡310~350，一濾光件360及一影像感測器的成像面370皆設置於光學成像鏡頭3的像側A2，且各透鏡310~350的凹凸曲面(包括朝向物側的曲面311~351、及朝向像側的曲面312~352)、濾光件360的表面361、362、及成像面370的排列大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似。第三實施例之光學成像鏡頭3與第一實施例之光學成像鏡頭1主要的不同之處在於光學成像鏡頭3之第一透鏡310朝向像側的曲面312為凸面，且各鏡片310~350的中心厚度與各空氣間隔 之距離有些許的差異。關於本實施例之光學成像鏡頭3中的各透鏡之光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第12圖，其中、G aa 、的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5')、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6')、(6")；G aa =0.87mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8')、(8")、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡310朝向物側的凸面至成像面370在光軸上的長度為3.69毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭3之鏡頭長度。
另一方面，從第11圖當中可以看出，本實施例之光學成像 鏡頭3在縱向球差(a)、弧矢方向的像散像差(b)、子午方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭3確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
另請一併參考第14圖至第17圖，第14圖至第17圖分別顯示依據本發明之第四實施例之光學成像鏡頭4之五片式透鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、光學成像鏡頭4之詳細光學數據、及各鏡片之非球面數據。
如第14圖中所示，第四實施例之光學成像鏡頭4大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似，也就是本實施例之光學成像鏡頭4從物側A1至像側A2依序包括一光圈400、第一透鏡至第五透鏡410~450，一濾光件460及一影像感測器的成像面470皆設置於光學成像鏡頭4的像側A2，且各透鏡410~450的凹凸曲面(包括朝向物側的曲面411~451、及朝向像側的曲面412~452)、濾光件460的表面461、462、及成像面470的排列大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似。第四實施例之光學成像鏡頭4之且各鏡片410~450的中心厚度與各空氣間隔之距離有些許的差異。關於本實施例之光學成像鏡頭4中的各透鏡之光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第16圖，其中、G aa 、 的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5')、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6")；G aa =0.91mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8')、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡410朝向物側的凸面至成像面470在光軸上的長度為3.63毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭4之鏡頭長度。
另一方面，從第15圖當中可以看出，本實施例之光學成像鏡頭4在縱向球差(a)、弧矢方向的像散像差(b)、子午方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭4確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
另請一併參考第18圖至第21圖，第18圖至第21圖分別顯示依據本發明之第五實施例之光學成像鏡頭5之五片式透 鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、詳細光學數據、及各鏡片之非球面數據。
如第18圖中所示，第五實施例之光學成像鏡頭5大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似，也就是本實施例之光學成像鏡頭5從物側A1至像側A2依序包括一光圈500、第一透鏡至第五透鏡510~550，一濾光件560及一影像感測器的成像面570皆設置於光學成像鏡頭5的像側A2，且各透鏡510~550的凹凸曲面(包括朝向物側的曲面511~551、及朝向像側的曲面512~552)、濾光件560的表面561、562、及成像面570的排列大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似。第五實施例之光學成像鏡頭5之且各鏡片510~550的中心厚度與各空氣間隔之距離有些許的差異。關於本實施例之光學成像鏡頭5中的各透鏡之光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第20圖，其中、G aa 、 的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5')、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6")；G aa =1.15mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡510朝向物側的凸面至成像面570在光軸上的長度為4.49毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭5之鏡頭長度。
另一方面，從第19圖當中可以看出，本實施例之光學成像鏡頭5在縱向球差(a)、弧矢方向的像散像差(b)、子午方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭5確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
另請一併參考第22圖至第25圖，第22圖至第25圖分別顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭6之五片式透鏡之剖面結構示意圖、縱向球差與各項像差圖示意圖、詳細光學數據、及各鏡片之非球面數據。
如第22圖中所示，第六實施例之光學成像鏡頭6大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似，也就是本實施例之光學成像鏡頭6從物側A1至像側A2依序包括一光圈600、第一透鏡至第五透鏡610~650，一濾光件660及一影像感測器的成 像面670皆設置於光學成像鏡頭6的像側A2，且各透鏡610~650的凹凸曲面(包括朝向物側的曲面611~651、及朝向像側的曲面612~652)、濾光件660的表面661、662、及成像面670的排列大致上與第一實施例之光學成像鏡頭1類似。第六實施例之光學成像鏡頭6之且各鏡片610~650的中心厚度與各空氣間隔之距離有些許的差異。關於本實施例之光學成像鏡頭6中的各透鏡之光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第24圖，其中、G aa 、 的值分別為：，確實滿足關係式(1)、(1')；，確實滿足關係式(2)、(2')；，確實滿足關係式關係式(3)、(3')；，確實滿足關係式(4)；，確實滿足關係式(5)、(5')、(5")；，確實滿足關係式(6)、(6")；G aa =0.90mm ，確實滿足關係式(7)、(7')；，確實滿足關係式(8)、(8')、(8''')；，確實滿足關係式(9)、(9')。
從第一透鏡610朝向物側的凸面至成像面670在光軸上的長度為3.65毫米(mm)，確實縮短光學成像鏡頭6之鏡頭長度。
另一方面，從第23圖當中可以看出，本實施例之光學成像鏡頭6在縱向球差(a)、弧矢方向的像散像差(b)、子午方向的像散像差(c)、或畸變像差(d)的表現都十分良好。因此，由上述中可以得知，本實施例之光學成像鏡頭6確實可維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
由上述可觀察到，滿足的光學成像鏡頭1、2、3相對於滿足的光學成像鏡頭4、5、6在子午(tangential)方向的像散像差的效果較佳。具體來說，雖然光學成像鏡頭滿足的條件時可以達到縮短鏡頭並維持良好品質的效果，但進一步滿足的條件時，則光學成像鏡頭修正像散像差(主要是子午方向的像散像差)的效果比起滿足的條件時修正效果更好一些。
此外，滿足的光學成像鏡頭1、2、3相對於滿足的光學成像鏡頭4、5、6在子午方向的像散像差的效果較佳。
另請參考第26圖所顯示的以上六個實施例的 、G aa 、之詳細數據，可看出本發明之光學成像鏡頭確實可滿足前述關係式(1)~關係式(9)。
請參閱第27圖，為應用前述光學成像鏡頭的可攜式電子裝置20的一第一較佳實施例，該可攜式電子裝置20包含一機殼21，及一安裝在機殼21內的影像模組22。在此僅是以手機為例說明該可攜式電子裝置20，但該可攜式電子裝置20的型式不以此為限。
如圖中所示，影像模組22包括一如前所述的五片式光學成像鏡頭，如在此示例性地選用前述第一實施例之五片式光學成像鏡頭1、一用於供五片式光學成像鏡頭1設置的鏡筒23、一用於供鏡筒設置的模組後座單元(module housing unit)24，及一設置於五片式光學成像鏡頭1像側的影像感測器171。成像面170是形成於該影像感測器171。
須注意的是，本實施例雖顯示濾光件160，然而在其他實施例中亦可省略濾光件160之結構或在各透鏡表面上鍍膜來取代濾光件160，並不以濾光件160之必要為限，且機殼21、鏡筒23、及/或模組後座單元24可為單一元件或多個元件組裝而成，無須限定於此；其次，乃是本實施例所使用的影像感測器171是採用板上連接式晶片封裝(Chip on Board,COB)的 封裝方式直接連接在基板172上，和傳統晶片尺寸封裝(Chip Scale Package,CSP)之封裝方式的差別在於板上連接式晶片封裝不需使用保護玻璃(cover glass)，因此在光學成像鏡頭1中並不需要在影像感測器171之前設置保護玻璃，然本發明並不以此為限。
整體具有屈光率的五片式透鏡110、120、130、140、150示例性地是以相對兩透鏡之間分別存在一空氣間隔的方式設置於鏡筒23內。
模組後座單元24具有一鏡頭後座2401，及一設置於鏡頭後座2401與影像感測器171之間的影像感測器後座2406。鏡筒23是和鏡頭後座2401沿一軸線II'同軸設置，且鏡筒23設置於鏡頭後座2401內側。
由於光學成像鏡頭1之長度僅3.68毫米(mm)，因此可將可攜式電子裝置20之尺寸設計地更為輕薄短小，且仍然能夠提供良好的光學性能與成像品質。藉此，使本實施例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。
另請參閱第28圖，為應用前述光學成像鏡頭1的可攜式電子裝置20'的一第二較佳實施例，第二較佳實施例的可攜式電子裝置20'與第一較佳實施例的可攜式電子裝置20的主要差別在於：鏡頭後座2401具有一第一座體2402、一第二座體2403、一線圈2404及一磁性元件2405。第一座體2402與鏡 筒23外側相貼合且沿一軸線II'設置、第二座體2403沿軸線II'並環繞著第一座體2402外側設置。線圈2404設置在第一座體2402外側與第二座體2403內側之間。磁性元件2405設置在線圈2404外側與第二座體2403內側之間。
第一座體2402可帶著鏡筒23及設置在鏡筒23內的光學成像鏡頭1沿軸線II'移動。影像感測器後座2406則與第二座體2403相貼合。濾光件160，如：紅外線濾光片則是設置在影像感測器後座2406。可攜式電子裝置20'的第二實施例的其他元件結構則與第一實施例的可攜式電子裝置20類似，在此不再贅述。
類似地，由於光學成像鏡頭1之長度僅3.68毫米(mm)，因此可將可攜式電子裝置20'之尺寸設計地更為輕薄短小，且仍然能夠提供良好的光學性能與成像品質。藉此，使本實施例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。
由上述中可以得知，本發明之可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭，透過控制至少一鏡片中心厚度對五片透鏡之間的所有沿光軸上的空氣間隔之總和的比值在一預定範圍中，且合併各透鏡的細部結構及/或屈光性之設計，以維持良好光學性能，並有效縮短鏡頭長度。
以上敍述依據本發明多個不同實施例，其中各項特徵可以單一或不同結合方式實施。因此，本發明實施方式之揭露為闡 明本發明原則之具體實施例，應不拘限本發明於所揭示的實施例。進一步言之，先前敍述及其附圖僅為本發明示範之用，並不受其限囿。其他元件之變化或組合皆可能，且不悖于本發明之精神與範圍。
1,2,3,4,5,6‧‧‧光學成像鏡頭
20,20'‧‧‧可攜式電子裝置
21‧‧‧機殼
22‧‧‧影像模組
23‧‧‧鏡筒
24‧‧‧模組後座單元
100,200,300,400,500,600‧‧‧光圈
110,210,310,410,510,610‧‧‧第一透鏡
111‧‧‧凸面
211,311,411,511,611‧‧‧曲面
112,212,312,412,512,612‧‧‧曲面
1111‧‧‧凸面部
1121‧‧‧凹面部
1122‧‧‧凸面部
113‧‧‧延伸部
120,220,320,420,520,620‧‧‧第二透鏡
121‧‧‧凸面
122‧‧‧凹面
221,321,421,521,621‧‧‧曲面
222,322,422,522,622‧‧‧曲面
1211‧‧‧凸面部
1221‧‧‧凹面部
130,230,330,430,530,630‧‧‧第三透鏡
131,231,331,431,531,631‧‧‧曲面
132,232,332,432,532,632‧‧‧曲面
1311‧‧‧凸面部
1312‧‧‧凹面部
1321‧‧‧凹面部
1322‧‧‧凸面部
140,240,340,440,540,640‧‧‧第四透鏡
141‧‧‧凹面
142‧‧‧凸面
241,341,441,541,641‧‧‧曲面
242,342,442,542,642‧‧‧曲面
1421‧‧‧凸面部
150,250,350,450,550,650‧‧‧第五透鏡
151,251,351,451,551,651‧‧‧曲面
152,252,352,452,552,652‧‧‧曲面
1511‧‧‧凸面部
1521‧‧‧凹面部
1522‧‧‧凸面部
160,260,360,460,560,660‧‧‧濾光件
161,261,361,461,561,661‧‧‧表面
162,262,362,462,562,662‧‧‧表面
170,270,370,470,570,670‧‧‧成像面
171‧‧‧影像感測器
172‧‧‧基板
2401‧‧‧鏡頭後座
2402‧‧‧第一座體
2403‧‧‧第二座體
2404‧‧‧線圈
2405‧‧‧磁性元件
2406‧‧‧影像感測器後座
d1,d2,d3,d4,d5,d6‧‧‧空氣間隔
A1‧‧‧物側
A2‧‧‧像側
II'‧‧‧軸線
第1圖顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第2圖顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第3圖顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之一透鏡之另一剖面結構示意圖。
第4圖顯示依據本發明之第一實施例光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第5圖顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第6圖顯示依據本發明之第二實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第7圖顯示依據本發明之第二實施例光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第8圖顯示依據本發明之第二實施例之光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第9圖顯示依據本發明之第二實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第10圖顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第11圖顯示依據本發明之第三實施例光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第12圖顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第13圖顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第14圖顯示依據本發明之第四實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第15圖顯示依據本發明之第四實施例光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第16圖顯示依據本發明之第四實施例之光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第17圖顯示依據本發明之第四實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第18圖顯示依據本發明之第五實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第19圖顯示依據本發明之第五實施例光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第20圖顯示依據本發明之第五實施例之光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第21圖顯示依據本發明之第五實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第22圖顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭之五片式透鏡之剖面結構示意圖。
第23圖顯示依據本發明之第六實施例光學成像鏡頭之縱向球差與各項像差圖示意圖。
第24圖顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭之各鏡片之詳細光學數據。
第25圖顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭之非球面數據。
第26圖所顯示的依據本發明之以上六個實施例的 、G aa 、值之比較表。
第27圖顯示依據本發明之一實施例之可攜式電子裝置之一結構示意圖。
第28圖顯示依據本發明之另一實施例之可攜式電子裝置之一結構示意圖。
1‧‧‧光學成像鏡頭
100‧‧‧光圈
110‧‧‧第一透鏡
111‧‧‧凸面
112‧‧‧曲面
1111‧‧‧凸面部
1121‧‧‧凹面部
1122‧‧‧凸面部
120‧‧‧第二透鏡
121‧‧‧凸面
122‧‧‧凹面
1211‧‧‧凸面部
1221‧‧‧凹面部
130‧‧‧第三透鏡
131‧‧‧曲面
132‧‧‧曲面
1311‧‧‧凸面部
1312‧‧‧凹面部
1321‧‧‧凹面部
1322‧‧‧凸面部
140‧‧‧第四透鏡
141‧‧‧凹面
142‧‧‧凸面
1421‧‧‧凸面部
150‧‧‧第五透鏡
151‧‧‧曲面
152‧‧‧曲面
1511‧‧‧凸面部
1521‧‧‧凹面部
1522‧‧‧凸面部
160‧‧‧濾光件
161‧‧‧表面
162‧‧‧表面
170‧‧‧成像面
d1,d2,d3,d4,d5,d6‧‧‧空氣間隔
A1‧‧‧物側
A2‧‧‧像側

Claims (16)

  1. 一種光學成像鏡頭，從物側至像側依序包括：一第一透鏡，具有正屈光率，並包括一朝向物側的曲面，該朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；一第二透鏡，具有負屈光率，並包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，該朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，該朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部；一第三透鏡，包括一朝向像側的曲面，該朝向像側的曲面包括一位於該第三透鏡圓周附近區域的凸面部；一第四透鏡，包括一朝向像側的曲面，該朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部；及一第五透鏡，包括一朝向物側的曲面及一朝向像側的曲面，該朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凸面部，該朝向像側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部及一位於該第五透鏡圓周附近區域的凸面部；其中，該光學成像鏡頭具有屈光率的鏡片只有五片透鏡，該第一至第五透鏡在光軸上的厚度總和為ALT，該第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1 ，ALT與T1 滿足以下關係式：；及該第一透鏡與該第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙 總和為Gaa ，該第一透鏡與該第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G12 ，Gaa 、ALT與G12 進一步滿足以下關係式：
  2. 如申請專利範圍第1項的光學成像鏡頭，其中，介在該第一透鏡與該第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總和為Gaa ，該第一透鏡與該第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G12 ，該第四透鏡與該第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G45 ，Gaa 與G12 、及G45 與G12 滿足以下關係式：
  3. 如申請專利範圍第2項的光學成像鏡頭，更包括一光圈設置於該第一透鏡朝向物側之前。
  4. 如申請專利範圍第3項的光學成像鏡頭，其中，該第三透鏡的焦距為f3 ，該光學成像鏡頭的有效焦距為f，f3 與f滿足以下關係式：
  5. 如申請專利範圍第4項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 與T1 滿足以下關係式：
  6. 如申請專利範圍第5項的光學成像鏡頭，其中，T1 與G12 滿足以下關係式：
  7. 如申請專利範圍第4項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 滿足以下關係式：
  8. 如申請專利範圍第7項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 、ALT與G12 滿足以下關係式：
  9. 如申請專利範圍第8項的光學成像鏡頭，其中，T1 與G12 進一步滿足以下關係式：
  10. 如申請專利範圍第8項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 、ALT與G12 進一步滿足以下關係式：
  11. 如申請專利範圍第4項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 、G12 與G45 滿足以下關係式：
  12. 如申請專利範圍第11項的光學成像鏡頭，其中，Gaa 滿足以下關係式：
  13. 如申請專利範圍第11項的光學成像鏡頭，其中，T1 與G12 滿足以下關係式：
  14. 一種可攜式電子裝置，包括：一機殼；及一影像模組，設置於該機殼內，該影像模組包括：一如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的 五片式光學成像鏡頭；一鏡筒，俾供設置該五片式光学成像鏡頭；一模組後座單元，俾供設置該鏡筒；及一影像感測器，設置於該五片式光學成像鏡頭的像側。
  15. 如申請專利範圍第14項的可攜式電子裝置，其中該模組後座單元具有一鏡頭後座，該鏡頭後座具有一第一座體，及一第二座體，該第一座體與該鏡筒外側相貼合且沿一軸線設置，該第二座體沿該軸線並環繞著該第一座體外側設置，該第一座體可帶動該鏡筒與設置於該鏡筒內的該五片式光學成像鏡頭沿該軸線移動。
  16. 如申請專利範圍第15項的可攜式電子裝置，其中，該模組後座單元更包括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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