TWI487934B - 可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭 - Google Patents

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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、美國專利公開號20110316969、及美國專利公告號7480105皆揭露五片式透鏡結構之光學成像鏡頭，其中第一片透鏡的屈光率皆為負，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20120105704、美國專利公開號20110013069、台灣專利公開號2012027044、及台灣專利公告號M369459皆揭露五片式透鏡結構之光學成像鏡頭，其中第 五片透鏡在光軸上的厚度皆較厚，不利於縮短光學成像鏡頭之鏡頭長度。
美國專利公開號20100254029、美國專利公開號20120069455、美國專利公開號20120087019、美國專利公開號20120087020、及台灣專利公開號2012013926皆揭露五片式透鏡結構之光學成像鏡頭，其中各個透鏡在光軸上的空氣間隙總和過大， 其中前述美國專利公開號20100254029的鏡頭長度在8.5mm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：一光圈、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。光圈係設置於第一透鏡之前，第一透鏡具有正屈光率，並包括一朝向物側的凸面；第二透鏡具有負屈光率；第三透鏡具有正屈光率，包括一朝向物側的曲面，此朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部；第四透鏡包括一朝向像側的凸面；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凹面部，而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圓周附近區域的凸面部，其中，第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G23 ，第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G45 ，G23 及G45 滿足以下關係式：
依據本發明之一實施態樣，可額外控制其他沿光軸上的鏡片中心厚度及/或沿光軸上的鏡片中心厚度與空氣間隔總和之比值的關聯性，如：其中一例為使G23 與G45 表示之間的關聯性更滿足以下關係式： 另一例為控制第一透鏡與第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總合，以Gaa 表示，與第五透鏡在光軸上的中心厚度，以T5 表示，滿足以下關係式： 再一例為控制第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙，以G23 表示，與第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙，以G12 表示，滿足以下關係式： 又一例為，額外控制五片透鏡在光軸上的厚度總和，以ALT表示，與第二透鏡在光軸上的中心厚度，以T2 表示，更滿足以下關係式：
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，如：針對第 三透鏡，設計出一朝向物側的曲面，此朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部，然不限於此。
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，並可帶著鏡筒與設置於鏡筒內的五片式光學成像鏡頭沿軸線移動，第二座體沿軸線並環繞著第一座體外側設置。
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光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、及一第五透鏡所構成，整體具有屈光率的鏡片僅只有五片透鏡，光圈係設置於第一透鏡之前。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凸面；第二透鏡具有負屈光率；第三透鏡具有正屈光率，包括一朝向物側的曲面，此朝向物側的曲面包括一位於光軸附近區域的凹面部；第四透鏡包括一朝向像側的凸面；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凹面部，而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圓周附近區域的凸面部，其中，第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G23 ，第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G45 ，G23 及G45 滿足以下關係式：
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的凸面，可增加聚光能力，進一步再設置一光圈於第一透鏡之前並搭配第一透鏡的正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有利修正像差；第三透鏡具有正屈光率時，可分配第一透鏡的正屈光率，降低光學成像鏡頭在製造時的敏感度，進一步第三透鏡具有一朝向物側且在光軸附近區域為一凹面部的曲面，對修正光學成像鏡頭的像差有幫助；第四透鏡具有一朝向像側的凸面可幫助光學成像鏡頭聚光；第五透鏡具有一朝向物側的物側面，物側面有一位在光軸附近區域的凹面，及一朝向像側的像側面，像側面具有一在光軸附近區域的凹面部及圓周附近區域的凸面部，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，亦可額外控制其他沿光軸上的鏡片厚度及/或沿光軸上的鏡片厚度與空氣間隔總和之關聯性，如：其中一例為使G23 與G45 之間的關聯性更滿足以下關係式： 另一例為控制第一透鏡與第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙總合，以Gaa 表示，與第五透鏡在光軸上的中心厚度， 以T5 表示，滿足以下關係式： 再一例為控制第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙，以G23 表示，與第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙，以G12 表示，滿足以下關係式： 又一例為，額外控制五片透鏡在光軸上的厚度總和，以ALT表示，與第二透鏡在光軸上的中心厚度，以T2 表示，更滿足以下關係式：
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。
前述關係式(1)可有效的限制G45 的大小，避免第四透鏡和 第五透鏡間的空氣間隙太大，且因為第四透鏡像側是凸面，和第五透鏡較不會產生邊緣干涉的問題，所以空氣間隙G45 可以做得較小。相對地，若不滿足關係式(1)，則表示G45 較大，在鏡頭縮小的過程中，卻將可做得較小的間隙做大，並不是一個合適的做法。當0 G 23 -G 45 <0.1時，雖可達成縮短長度與維持良好性能的功效，但可能會因為G23 較小而使得第二透鏡像側的邊緣和第三透鏡物側的邊緣干涉，所以較佳地滿足關係式(1')。此外，關係式(1)可進一步受一上限限制，以滿足關係式(1")。
由前述可知，T5是近光軸部份兩面皆凹的透鏡，中心厚度可做得較薄以利縮短鏡頭長度，因此當不滿足關係式(2)時，表示在鏡頭縮短的過程中T5縮小的幅度較Gaa 小，較不利鏡頭長度縮短。較佳地，亦可進一步受一上限限制，以滿足關係式(2')。
關係式(3)有利於第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡的位置配置，當不滿足關係式(3)時，表示G12 相對較大，從第一透鏡折射出來的光線無法在合適的高度進入第二透鏡，如此會讓具有正屈光率的第一透鏡會聚光線的效果增加，造成具有負的屈光率第二透鏡必需增加鏡片厚度來發散光線，如此不利鏡頭縮短。其次，較佳地可進一步滿足關係式(3')。
關係式(4)有利鏡頭縮短時第二透鏡厚度和其它透鏡厚度的配置，當不滿足關係式(4)時，代表T2相對較大，而在鏡頭 中第二透鏡的光學有效徑比較小，因此可以做得比較薄，所以在鏡頭縮小的過程中還讓第二透鏡做得較厚，並非一個合適的方式。其次，也可進一步受一上限限制，滿足關係式(4')。
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之光學成像鏡頭之詳細光學數據，第5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非球面數據。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依序包括置於物體側與一第一透鏡110之間之一光圈(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)，設於第五透鏡150與一成像面170之間，濾光件160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及一朝向像側的凸面112，凸面111及凸面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凹面131，該凹面131並具有一位在光軸附近區域的凹面部1311，及一朝向像側的凸面132，凹面131及凸面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及具有一朝向像側的凸面142，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 具有一朝向物側的凹面151，該凹面151並具有一位於光軸附近區域的凹面部1511，及一朝向像側的曲面152，曲面152具有一位在光軸附近區域的凹面部1521及一位在圓周附近區域的凸面部1522，該凹面151及曲面152皆為非球面。
在本實施例中，係設計透鏡、濾光件160、及影像感測器的成像面170之間皆存在空氣間隔，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、d2、d3、d4之總和即為Gaa 。
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G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.11(mm)，確實滿足關係式(1)、(1')、(1")；Gaa /T5=3.22，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =3.86，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=8.34，確實滿足關係式(4)、(4')； 從第一透鏡物側凸面111至成像面170之厚度為4.56(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，及朝向像側的凸面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，以供該等透鏡設置於該光學成像鏡頭內。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及像側凸面往外延伸之一延伸部113，以供第一透鏡110組裝於光學成像鏡頭1內，理想的光線不會通過延伸部113，該固定部之結構與外形無須限制於此。
第一透鏡110的凸面111及凸面112、第二透鏡120的凸面121及凹面122、第三透鏡130的凹面131及凸面132、第四透鏡140的凹面141及凸面142、及第五透鏡150的凹面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)；ai 為第i階非球面係數；N為歸一化半徑(Normalization radius)。各個非球面之參數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(astigmatism aberration)(b)、子午(tangential)方向的像散像差(c)、或畸變像差(distortion aberration)(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，其中第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各鏡片之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的元件，唯在此使用的標號開頭改為2，例如第一透鏡朝向物側的凸面為211，第一透鏡朝向像側的凸面為212，其它組件標號在此不再贅述。如第6圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭2從物側 A1至像側A2依序包括置於物體側與一第一透鏡210之間之一光圈200、一第一透鏡210、一第二透鏡220、一第三透鏡230、一第四透鏡240、及一第五透鏡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。濾光件260在此示例性地為一紅外線濾光片，設於第五透鏡250與一成像面270之間，濾光件260將經過光學成像鏡頭2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270上。
第二實施例和第一實施例之主要差別為各鏡片之鏡片中心厚度與各空氣間隔之距離或多或少有些不同。關於本實施例之光學成像鏡頭2的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第8圖，其中G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.17(mm)，確實滿足關係式(1)、(1')、(1")；Gaa /T5=3.67，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =6.70，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=8.17，確實滿足關係式(4)、(4')；從第一透鏡物側凸面211至成像面270之厚度為4.50(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，其中第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各鏡片之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的元件，唯在此使用的標號開頭改為3，例如第一透鏡朝向物側的凸面為311，第一透鏡朝向像側的凸面為312，其它組件標號在此不再贅述。如第10圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭3從物側A1至像側A2依序包括置於物體側與一第一透鏡310之間之一光圈300、一第一透鏡310、一第二透鏡320、一第三透鏡330、一第四透鏡340、及一第五透鏡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。濾光件360在此示例性地為一紅外線濾光片，設於第五透鏡350與一成像面370之間，濾光件360將經過光學成像鏡頭3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370上。
第三實施例和第一實施例之主要差別為各鏡片之鏡片中 心厚度與各空氣間隔之距離或多或少有些不同。關於本實施例之光學成像鏡頭3的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第12圖，其中G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.05(mm)，確實滿足關係式(1)、(1")；Gaa /T5=3.37，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =2.80，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=8.15，確實滿足關係式(4)、(4')；從第一透鏡物側凸面311至成像面370之厚度為4.45(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，其中第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各鏡片之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似 的元件，唯在此使用的標號開頭改為4，例如第一透鏡朝向物側的凸面為411，第一透鏡朝向像側的凸面為412，其它組件標號在此不再贅述。如第14圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭4從物側A1至像側A2依序包括置於物體側與一第一透鏡410之間之一光圈400、一第一透鏡410、一第二透鏡420、一第三透鏡430、一第四透鏡440、及一第五透鏡450。一濾光件440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。濾光件440在此示例性地為一紅外線濾光片，設於第五透鏡450與一成像面470之間，濾光件440將經過光學成像鏡頭4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470上。
第四實施例和第一實施例之主要差別為各鏡片之鏡片中心厚度與各空氣間隔之距離或多或少有些不同。關於本實施例之光學成像鏡頭4的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第16圖，其中G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.02(mm)，確實滿足關係式(1)、(1")；Gaa /T5=4.53，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =5.40，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=7.69，確實滿足關係式(4)、(4')；從第一透鏡物側凸面411至成像面470之厚度為4.57 (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，其中第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各鏡片之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的元件，唯在此使用的標號開頭改為5，例如第一透鏡朝向物側的凸面為511，第一透鏡朝向像側的凹面為512，其它組件標號在此不再贅述。如第18圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭5從物側A1至像側A2依序包括置於物體側與一第一透鏡510之間之一光圈500、一第一透鏡510、一第二透鏡520、一第三透鏡530、一第四透鏡540、及一第五透鏡550。一濾光件550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。濾光件550在此示例性地為一紅外線濾光片，設於第五透鏡550與一成像面570之間，濾光件550將經過光 學成像鏡頭5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570上。
第五實施例和第一實施例之主要差別為各鏡片之鏡片中心厚度與各空氣間隔之距離或多或少有些不同，且第一透鏡510朝向像側的曲面與第三透鏡530朝向物側的曲面與朝向像側的曲面亦是不同，如：第一透鏡510具有一朝向像側的凹面512，第三透鏡530具有一個朝向物側的曲面531及一個朝向像側的曲面532，朝向物側的曲面531具有一位於光軸附近的凸面部5311及一位於圓周附近區域的凹面部5312，朝向像側的曲面532具有一位於光軸附近的凹面部5321及一位於圓周附近區域的凸面部5322。關於本實施例之光學成像鏡頭5的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第20圖，其中G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.04(mm)，確實滿足關係式(1)、(1")；Gaa /T5=2.61，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =3.37，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=8.16，確實滿足關係式(4)、(4')；從第一透鏡物側凸面511至成像面570之厚度為4.26(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，其中第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各鏡片之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的元件，唯在此使用的標號開頭改為6，例如第一透鏡朝向物側的凸面為611，第一透鏡朝向像側的凸面為612，其它組件標號在此不再贅述。如第22圖中所示，本實施例之光學成像鏡頭6從物側A1至像側A2依序包括置於物體側與一第一透鏡610之間之一光圈600、一第一透鏡610、一第二透鏡620、一第三透鏡630、一第四透鏡640、及一第五透鏡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。濾光件660在此示例性地為一紅外線濾光片，設於第五透鏡650與一成像面670之間，濾光件660將經過光學成像鏡頭6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670上。
第六實施例和第一實施例之主要差別為各鏡片之鏡片中心厚度與各空氣間隔之距離或多或少有些不同。關於本實施例之光學成像鏡頭6的各透鏡之各光學特性及各空氣間隔之厚度，請參考第24圖，其中G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2的值分別為：G23 -G45 =0.03(mm)，確實滿足關係式(1)、(1")；Gaa /T5=6.27，確實滿足關係式(2)、(2')；G23 /G12 =3.62，確實滿足關係式(3)、(3')；ALT/T2=6.99，確實滿足關係式(4)、(4')；從第一透鏡物側凸面611至成像面670之厚度為4.35(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。
另請參考第26圖所顯示的以上六個實施例的G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2值，可看出本發明之光學成像鏡頭確實可滿足前述關係式(1)/(1')/(1")、(2)/(2')、(3)/(3')、(4)/(4')。
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，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4.56(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4.56(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
111,211,311,411,511,611‧‧‧朝向物側的凸面
112,212,312,412,612‧‧‧朝向像側的凸面
113‧‧‧延伸部
120,220,320,420,520,620‧‧‧第二透鏡
121,221,321,421,521,621‧‧‧朝向物側的凸面
122,222,322,422,522,622‧‧‧朝向像側的凹面
130,230,330,430,530,630‧‧‧第三透鏡
131,231,331,431,631‧‧‧朝向物側的凹面
132,232,332,432,632‧‧‧朝向像側的凸面
140,240,340,440,540,640‧‧‧第四透鏡
141,241,341,441,541,641‧‧‧朝向物側的凹面
142,242,342,442,542,642‧‧‧朝向像側的凸面
150,250,350,450,550,650‧‧‧第五透鏡
151,251,351,451,551,651‧‧‧朝向物側的凹面
152,252,352,452,552,652‧‧‧朝向像側的曲面
160,260,360,460,560,660‧‧‧濾光件
161,261,361,461,561,661‧‧‧朝向物側的表面
162,262,362,462,562,662‧‧‧朝向像側的表面
170,270,370,470,570,670‧‧‧成像面
171‧‧‧影像感測器
172‧‧‧基板
512‧‧‧朝向像側的凹面
531‧‧‧朝向物側的曲面
532‧‧‧朝向像側的曲面
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
1311,2311,3311,4311,6311‧‧‧光軸附近區域凹面部
1511,2511,3511,4511,5511,6511‧‧‧光軸附近區域凹面部
1521,2521,3521,4521,5521,6521‧‧‧光軸附近區域凹面部
1522,2522,3522,4522,5522,6522‧‧‧圓周附近區域凸面部
5311‧‧‧光軸附近區域凸面部
5312‧‧‧圓周附近區域凹面部
5321‧‧‧光軸附近區域凹面部
5322‧‧‧圓周附近區域凸面部
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G23 -G45 、Gaa /T5、G23 /G12 及ALT/T2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。
100‧‧‧光圈
110‧‧‧第一透鏡
120‧‧‧第二透鏡
130‧‧‧第三透鏡
140‧‧‧第四透鏡
150‧‧‧第五透鏡
160‧‧‧濾光件
170‧‧‧成像面
111‧‧‧朝向物側的凸面
112‧‧‧朝向像側的凸面
121‧‧‧朝向物側的凸面
122‧‧‧朝向像側的凹面
131‧‧‧朝向物側的凹面
132‧‧‧朝向像側的凸面
141‧‧‧朝向物側的凹面
142‧‧‧朝向像側的凸面
151‧‧‧朝向物側的凹面
152‧‧‧朝向像側的曲面
1331‧‧‧光軸附近區域凹面部
1511‧‧‧光軸附近區域凹面部
1521‧‧‧光軸附近區域凹面部
1522‧‧‧圓周附近區域凸面部
d1,d2,d3,d4,d5,d6‧‧‧空氣間隔
A1‧‧‧物側
A2‧‧‧像側

Claims (10)

  1. 一種光學成像鏡頭，從物側至像側依序包括：一光圈；一第一透鏡，具有正屈光率，並包括一朝向物側的凸面；一第二透鏡，具有負屈光率；一第三透鏡，具有正屈光率，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凹面部；一第四透鏡，包括一朝向像側的凸面；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凹面部，而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圓周附近區域的凸面部；及整體具有屈光率的鏡片僅只有五片透鏡；其中，該光圈係設置於該第一透鏡之前，該第二透鏡與該第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G23 ，該第四透鏡與該第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G45 ，滿足以下關係式：
  2. 如申請專利範圍第1項之光學成像鏡頭，其中，該G23 與G45 更滿足以下關係式：
  3. 如申請專利範圍第1項之光學成像鏡頭，其中，該G23 與G45 更滿足以下關係式：
  4. 如申請專利範圍第1項之光學成像鏡頭，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合為Gaa ，該第五透鏡在光軸上的中心厚度為T5 ，滿足以下關係式：
  5. 如申請專利範圍第4項之光學成像鏡頭，該等五片透鏡在光軸上的厚度總和為ALT，該第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2 ，滿足以下關係式：
  6. 如申請專利範圍第1項之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G12 ，滿足以下關係式：
  7. 如申請專利範圍第6項之光學成像鏡頭，其更包括一光圈設置在該第一透鏡之前，且滿足以下關係式：
  8. 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，包括：一如申請專利範圍第1項至第7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學成像鏡頭；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。
  9. 如申請專利範圍第8項之可攜式電子裝置，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，並可帶著該鏡筒與設置於該鏡筒內的五片式光學成像鏡頭沿該軸線移動，該第二座體沿該軸線並環繞著該第一座體外側設置。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述的電子裝置，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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