TWI494635B - 光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置 - Google Patents

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TWI494635B
TWI494635B TW102116646A TW102116646A TWI494635B TW I494635 B TWI494635 B TW I494635B TW 102116646 A TW102116646 A TW 102116646A TW 102116646 A TW102116646 A TW 102116646A TW I494635 B TWI494635 B TW I494635B
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Description

光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置
本發明大致上關於一種光學成像鏡頭，與包含此光學成像鏡頭之電子裝置。具體而言，本發明特別是指一種縮減系統長度之光學成像鏡頭，及應用此光學成像鏡頭之電子裝置。
近年來，行動通訊裝置和數位相機的普及，使得攝影模組(包含光學成像鏡頭、座體(holder)及感測器(sensor)等)蓬勃發展，行動通訊裝置和數位相機的薄型輕巧化，也讓攝影模組(camera module)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，裝戴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。目前已知有五片式透鏡結構之光學成像鏡頭。
首先，美國專利公開號US 2012/0087019與US 2010/0254029，均揭露五片式透鏡結構，但是第五透鏡的厚度較厚，而且其第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離大於9公厘(mm)。
另外，日本專利公告號JP 4858648、以及日本專利公開號JP 2007-298572，均為五片式透鏡結構，但是第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離大於6公厘。
因此如何能夠有效縮減光學鏡頭之系統長度，同時仍能夠維持足夠之光學性能，一直是業界亟待解決之課題。
於是，本發明可以提供一種輕量化、低製造成本、長度縮短、並能提供高解析度與高成像品質的光學成像鏡頭。本發明五片式成像鏡頭從物側至像側，在光軸上依序安排有光圈、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡。
本發明光學成像鏡頭中之第一透鏡，具有正屈光率。本發明光學成像鏡頭中之第二透鏡，具有朝向像側的第二像側面。第二像側面在其圓周附近區域具有凹面部。本發明光學成像鏡頭中之第三透鏡，具有正屈光率、以及朝向像側的第三像側面與朝向物側的第三物側面。第三像側面為凸面，而第三物側面在其圓周附近區域具有凹面部。本發明光學成像鏡頭中之第四透鏡，具有朝向物側的第四物側面。第四物側面為凹面。本發明光學成像鏡頭中之第五透鏡，具有朝向像側的第五像側面。第五像側面在其光軸附近區域具有凹面部。同時，第五透鏡為塑膠鏡片，且光學成像鏡頭中具有屈光率之透鏡總共只有五片。
本發明光學成像鏡頭中，第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G12 、第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G23 、第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G34 、第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G45 、所以第一透鏡到第五透鏡之間在光軸上之四個空氣間隙之總合為Gaa 。
本發明光學成像鏡頭中，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1 、第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2 、第三透鏡在光軸上的中心厚度為T3 、第四透鏡在光軸上的中心厚度為T4 、第五透鏡在光軸上的中心厚度為T5 ，所以第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡與第五透鏡在光軸上的中心厚度總合為Tal 。
本發明光學成像鏡頭中，滿足(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )4.00之 關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足Tal /T3 5.80之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足5.60(T1 +T3 +T5 )/T2 之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足2.45(T3 +T5 )/T4 之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足8.70(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足1.20G23 /(G34 +G45 )之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足5.00(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足3.30(G23 +G34 )/(G12 +G45 )之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足2.60(T1 +T5 )/T4 之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足1.30T2 /(G12 +G45 )之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足2.00T3 /T2 之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足4.30(T1 +T3 )/T2 之關係。
本發明光學成像鏡頭中，滿足3.80(T1 +T3 +T5 )/T4 之關係，且第一透鏡具有朝向像側的第一像側面，第一像側面在其光軸附近區域具有凹面部。
本發明光學成像鏡頭中，滿足2.30(G23 )/(G12 +G45 )之關係。
進一步地，本發明又提供一種應用前述的光學成像鏡頭之電子裝置。本發明的電子裝置，包含機殼、以及安裝在機殼內的影像模組。影像模組包括：符合前述技術特徵的光學成像鏡頭、用於供光學成像鏡頭設置的鏡筒、用於供鏡筒設置的模組後座單元、以及設置於光學成像鏡頭像側的影像感測器。
在本發明的電子裝置中，模組後座單元具有鏡頭後座。鏡頭後座 具有與鏡筒外側相貼合且沿軸線設置的第一座體、以及沿軸線並環繞著第一座體外側設置的第二座體。第一座體可帶著鏡筒、與設置於鏡筒內的光學成像鏡頭沿軸線移動，以控制光學成像鏡頭的移動對焦。
在本發明的電子裝置中，模組後座單元還具有位於鏡頭後座和影像感測器之間的影像感測器後座。此影像感測器後座和第二座體相貼合。
1‧‧‧光學成像鏡頭
2‧‧‧物側
3‧‧‧像側
4‧‧‧光軸
10‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧第一物側面
12‧‧‧第一像側面
E‧‧‧延伸部
16‧‧‧凹面部
17‧‧‧凸面部
20‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧第二物側面
22‧‧‧第二像側面
23‧‧‧凸面部
24‧‧‧凹面部
27‧‧‧凹面部
30‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧第三物側面
32‧‧‧第三像側面
33‧‧‧凸面部
34‧‧‧凹面部
40‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧第四物側面
42‧‧‧第四像側面
43‧‧‧凹面部
44‧‧‧凸面部
46‧‧‧凸面部
47‧‧‧凸面部
48‧‧‧凹面部
50‧‧‧第五透鏡
51‧‧‧第五物側面
52‧‧‧第五像側面
53‧‧‧凸面部
54‧‧‧凸面部
54’‧‧‧凹面部
55‧‧‧凹面部
56‧‧‧凹面部
57‧‧‧凸面部
58‧‧‧凸面部
59‧‧‧凹面部
60‧‧‧濾光片
70‧‧‧影像感測器
71‧‧‧成像面
80‧‧‧光圈
100‧‧‧可攜式電子裝置
110‧‧‧機殼
120‧‧‧影像模組
130‧‧‧鏡筒
140‧‧‧模組後座單元
141‧‧‧鏡頭後座
142‧‧‧第一座體
143‧‧‧第二座體
144‧‧‧線圈
145‧‧‧磁性元件
146‧‧‧影像感測器後座
172‧‧‧基板
200‧‧‧可攜式電子裝置
I-I’‧‧‧軸線
第1圖繪示本發明光學成像鏡頭的第一實施例之示意圖。
第2A圖繪示第一實施例在成像面上的縱向球差。
第2B圖繪示第一實施例在弧矢方向的像散像差。
第2C圖繪示第一實施例在子午方向的像散像差。
第2D圖繪示第一實施例的畸變像差。
第3圖繪示本發明光學成像鏡頭的第二實施例之示意圖。
第4A圖繪示第二實施例在成像面上的縱向球差。
第4B圖繪示第二實施例在弧矢方向的像散像差。
第4C圖繪示第二實施例在子午方向的像散像差。
第4D圖繪示第二實施例的畸變像差。
第5圖繪示本發明光學成像鏡頭的第三實施例之示意圖。
第6A圖繪示第三實施例在成像面上的縱向球差。
第6B圖繪示第三實施例在弧矢方向的像散像差。
第6C圖繪示第三實施例在子午方向的像散像差。
第6D圖繪示第三實施例的畸變像差。
第7圖繪示本發明光學成像鏡頭的第四實施例之示意圖。
第8A圖繪示第四實施例在成像面上的縱向球差。
第8B圖繪示第四實施例在弧矢方向的像散像差。
第8C圖繪示第四實施例在子午方向的像散像差。
第8D圖繪示第四實施例的畸變像差。
第9圖繪示本發明光學成像鏡頭的第五實施例之示意圖。
第10A圖繪示第五實施例在成像面上的縱向球差。
第10B圖繪示第五實施例在弧矢方向的像散像差。
第10C圖繪示第五實施例在子午方向的像散像差。
第10D圖繪示第五實施例的畸變像差。
第11圖繪示本發明光學成像鏡頭的第六實施例之示意圖。
第12A圖繪示第六實施例在成像面上的縱向球差。
第12B圖繪示第六實施例在弧矢方向的像散像差。
第12C圖繪示第六實施例在子午方向的像散像差。
第12D圖繪示第六實施例的畸變像差。
第13圖繪示本發明光學成像鏡頭的第七實施例之示意圖。
第14A圖繪示第七實施例在成像面上的縱向球差。
第14B圖繪示第七實施例在弧矢方向的像散像差。
第14C圖繪示第七實施例在子午方向的像散像差。
第14D圖繪示第七實施例的畸變像差。
第15圖繪示本發明光學成像鏡頭曲率形狀之示意圖。
第16圖繪示應用本發明光學成像鏡頭的可攜式電子裝置的第一較佳實施例之示意圖。
第17圖繪示應用本發明光學成像鏡頭的可攜式電子裝置的第二較佳實施例之示意圖。
第18圖表示第一實施例詳細的光學數據。
第19圖表示第一實施例詳細的非球面數據。
第20圖表示第二實施例詳細的光學數據。
第21圖表示第二實施例詳細的非球面數據。
第22圖表示第三實施例詳細的光學數據。
第23圖表示第三實施例詳細的非球面數據。
第24圖表示第四實施例詳細的光學數據。
第25圖表示第四實施例詳細的非球面數據。
第26圖表示第五實施例詳細的光學數據。
第27圖表示第五實施例詳細的非球面數據。
第28圖表示第六實施例詳細的光學數據。
第29圖表示第六實施例詳細的非球面數據。
第30圖表示第七實施例詳細的光學數據。
第31圖表示第七實施例詳細的非球面數據。
第32圖表示各實施例之重要參數。
在開始詳細描述本發明之前，首先要說明的是，在本發明圖式中，類似的元件是以相同的編號來表示。其中，本篇說明書所言之「一透鏡具有正屈光率(或負屈光率)」，是指所述透鏡在光軸附近區域具有正屈光率(或負屈光率)而言。「一透鏡的物側面(或像側面)具有位於某區域的凸面部(或凹面部)」，是指該區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行於光軸的方向更為「向外凸起」(或「向內凹陷」)而言。以圖15為例，其中I為光軸且此一透鏡是以該光軸I為對稱軸徑向地相互對稱，該透鏡之物側面於A區域具有凸面部、B區域具有凹面部而C區域具有凸面部，原因在於A區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域(即B區域)，朝平行於光軸的方向更為向外凸起，B區域則相較於C區域更為向內凹陷，而C區域相較於E區域也同理地更為向外凸起。「圓周附近區域」，是指位於透鏡上僅供成像光線通過之曲面之圓周附近區域，亦 即圖中之C區域，其中，成像光線包括了主光線Lc(chief ray)及邊緣光線Lm(marginal ray)。「光軸附近區域」是指該僅供成像光線通過之曲面之光軸附近區域，亦即圖15中之A區域。此外，各透鏡還包含一延伸部E，用以供該透鏡組裝於光學成像鏡頭內，理想的成像光線並不會通過該延伸部E，但該延伸部E之結構與形狀並不限於此，以下之實施例為求圖式簡潔均省略了延伸部。
如第1圖所示，本發明光學成像鏡頭1，從放置物體(圖未示)的物側2至成像的像側3，沿著光軸4(optical axis)，依序包含有第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40、第五透鏡50，濾光片60及成像面71(image plane)。一般說來，第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40與第五透鏡50都可以是由透明的塑膠材質所製成，但本發明不以此為限。在本發明光學成像鏡頭1中，具有屈光率的鏡片總共只有五片。光軸4為整個光學成像鏡頭1的光軸，所以每個透鏡的光軸和光學成像鏡頭1的光軸都是相同的。
此外，光學成像鏡頭1還包含光圈80(aperture stop)，而設置於適當之位置。在第1圖中，光圈80是設置在第一透鏡10前。當由位於物側2之待拍攝物(圖未示)所發出的光線(圖未示)進入本發明光學成像鏡頭1時，即會經由光圈80、第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40、第五透鏡50與濾光片60之後，會在像側3的成像面71上聚焦而形成清晰的影像。
在本發明各實施例中，選擇性設置的濾光片60還可以是具各種合適功能之濾鏡，例如濾光片60可以是紅外線濾除濾光片 (IR cut filter)，置於第五透鏡50與成像面71之間。濾光片60的材質為玻璃，且不影響本發明光學透鏡系統的焦距。
本發明光學成像鏡頭1中之各個透鏡，都分別具有朝向物側2的物側面，與朝向像側3的像側面。另外，本發明光學成像鏡頭1中之各個透鏡，亦都具有接近光軸4的光軸附近區域、與遠離光軸4的圓周附近區域。例如，第一透鏡10具有第一物側面11與第一像側面12；第二透鏡20具有第二物側面21與第二像側面22；第三透鏡30具有第三物側面31與第三像側面32；第四透鏡40具有第四物側面41與第四像側面42；第五透鏡50具有第五物側面51與第五像側面52。
本發明光學成像鏡頭1中之各個透鏡，還都分別具有位在光軸4上的中心厚度T。例如，第一透鏡10具有第一透鏡厚度T1 、第二透鏡20具有第二透鏡厚度T2 、第三透鏡30具有第三透鏡厚度T3 、第四透鏡40具有第四透鏡厚度T4 ，而第五透鏡50具有第五透鏡厚度T5 。所以，在光軸4上光學成像鏡頭1中透鏡的中心厚度總合稱為Tal 。亦即，Tal =T1 +T2 +T3 +T4 +T5 。
另外，本發明光學成像鏡頭1中在各個透鏡之間又具有位在光軸4上的空氣間隙(air gap)G。例如，第一透鏡10到第二透鏡20之間空氣間隙G12 、第二透鏡20到第三透鏡30之間空氣間隙G23 、第三透鏡30到第四透鏡40之間空氣間隙G34 、第四透鏡40到第五透鏡50之間空氣間隙G45 。所以，第一透鏡10到第五透鏡50之間位於光軸4上各透鏡間之四個空氣間隙之總合即稱為Gaa 。亦即，Gaa =G12 +G23 +G34 +G45 。
第一實施例
請參閱第1圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第一實施例。第一實施例在成像面71上的縱向球差(longitudinal spherical aberration)請參考第2A圖、弧矢(sagittal)方向的像散像差(astigmatic field aberration)請參考第2B圖、子午(tangential)方向的像散像差請參考第2C圖、以及畸變像差(distortion aberration)請參考第2D圖。所有實施例中各球差圖之Y軸代表視場，其最高點均為1.0，此實施例中各像散圖及畸變圖之Y軸代表像高，系統像高為3.085mm。
第一實施例之光學成像鏡頭系統1主要由五枚以塑膠材質製成又具有屈光率之透鏡10~50、濾光片60、光圈80、與成像面71所構成。光圈80是設置在第一透鏡10之前，即第一透鏡10之物側2。濾光片60可以是紅外線濾光片，用來防止光線中之紅外線投射至成像面而影響成像品質。
第一透鏡10具有正屈光率。朝向物側2的第一物側面11為凸面，朝向像側3的第一像側面12在光軸附近區域具有凹面部16，在圓周附近區域則具有凸面部17。另外，第一透鏡10之第一物側面11及第一像側面12皆為非球面(aspheric surface)。
第二透鏡20具有負屈光率。朝向物側2的第二物側面21在光軸附近區域具有凸面部23，在圓周附近區域則具有凹面部24，而朝向像側3的第二像側面22為凹面，在圓周附近區域則具有凹面部27。另外，第二透鏡之第二物側面21以及第二像側面22皆為非 球面。
第三透鏡30具有正屈光率、與朝向物側2的第三物側面31以及朝向像側3的第三像側面32。第三物側面31在光軸附近區域具有凸面部33，在圓周附近區域則具有凹面部34。第三像側面32為凸面。另外，第三透鏡30之第三物側面31以及第三像側面32皆為非球面。
第四透鏡40具有正屈光率。朝向物側2的第四物側面41為凹面，而朝向像側3的第四像側面42為凸面。另外，第四透鏡40之第四物側面41及第四像側面42皆為非球面。
第五透鏡50具有負屈光率、朝向物側2的第五物側面51以及朝向像側3的第五像側面52。第五物側面51具有在光軸附近區域的凸面部53、圓周附近區域的凸面部54以及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凹面部55。第五像側面52具有在光軸附近區域的凹面部56及圓周附近區域的凸面部57。另外，第五透鏡50之第五物側面51及第五像側面52皆為非球面。濾光片60可以是紅外線濾光片，其位於第五透鏡50以及成像面71之間。
在本發明光學成像鏡頭1中，從第一透鏡10到第五透鏡50的所有物側面11/21/31/41/51與像側面12/22/32/42/52共計十個曲面，均為非球面。此等非球面係經由下列公式所定義：
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。
第一實施例成像透鏡系統的光學數據如第18圖所示，非球面數據如第19圖所示。在以下實施例之光學透鏡系統中，整體光學透鏡系統的光圈值(f-number)為Fno，半視角(Half Field of View，簡稱HFOV)為整體光學透鏡系統中最大視角(Field of View)的一半，又曲率半徑、厚度及焦距的單位為公厘(mm)。光學成像鏡頭長度為5.15公厘，而系統像高為3.085mm。第一實施例中各重要參數間的關係例舉如下：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=2.75
Tal /T3 =5.80
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=8.85
(T3 +T5 )/(T4 )=2.99
(G23 )/(G34 +G45 )=1.21
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=5.42
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=7.02
(T1 +T5 )/(T4 )=3.52
(T2 )/(G12 +G45 )=1.94
T3 /T2 =2.03
(T1 +T3 )/T2 =5.09
(T1 +T3 +T5 )/T4 =4.57
(G23 )/(G12 +G45 )=4.08
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=12.98
第二實施例
請參閱第3圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第二實施例。第二實施例在成像面71上的縱向球差請參考第4A圖、弧矢方向的像散像差請參考第4B圖、子午方向的像散像差請參考第4C圖、畸變像差請參考第4D圖。第二實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處僅在於透鏡之參數及空氣間隙不同。第二實施例詳細的光學數據如第20圖所示，非球面數據如第21圖所示。光學成像鏡頭長度5.15公厘，而系統像高為3.085mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=2.44
Tal /T3 =4.51
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=11.09
(T3 +T5 )/(T4 )=4.06
(G23 )/(G34 +G45 )=1.21
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=6.46
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=5.19
(T1 +T5 )/(T4 )=4.25
(T2 )/(G12 +G45 )=1.34
T3 /T2 =3.10
(T1 +T3 )/T2 =6.56
(T1 +T3 +T5 )/T4 =5.90
(G23 )/(G12 +G45 )=3.10
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=13.66
第三實施例
請參閱第5圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第三實施例。第三實施例在成像面71上的縱向球差請參考第6A圖、弧矢方向的像散像差請參考第6B圖、子午方向的像散像差請參考第6C圖、畸變像差請參考第6D圖。第三實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處僅在於透鏡之參數及空氣間隙不同。第三實施例詳細的光學數據如第22圖所示，非球面數據如第23圖所示，光學成像鏡頭長度5.15公厘，而系統像高為3.185mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=2.66
Tal /T3 =4.05
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=8.22
(T3 +T5 )/(T4 )=3.79
(G23 )/(G34 +G45 )=1.21
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=6.01
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=5.93
(T1 +T5 )/(T4 )=3.76
(T2 )/(G12 +G45 )=1.64
T3 /T2 =2.64
(T1 +T3 )/T2 =5.25
(T1 +T3 +T5 )/T4 =5.55
(G23 )/(G12 +G45 )=3.43
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=12.30
第四實施例
請參閱第7圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第四實施 例。第四實施例在成像面71上的縱向球差請參考第8A圖、弧矢方向的像散像差請參考第8B圖、子午方向的像散像差請參考第8C圖、畸變像差請參考第8D圖。第四實施例和第一實施例類似，其不同點在於第四實施例第三透鏡30之第三物側面31為凹面，具有位於圓周附近區域的凹面部34，第五像側面52具有在光軸附近區域的凹面部56、圓周附近區域的凹面部59、及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凸面部58。第四實施例詳細的光學數據如第24圖所示，非球面數據如第25圖所示，光學成像鏡頭長度5.23公厘，而系統像高為2.976mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=3.32
Tal /T3 =4.20
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=6.31
(T3 +T5 )/(T4 )=3.02
(G23 )/(G34 +G45 )=1.65
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=5.57
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=4.75
(T1 +T5 )/(T4 )=3.41
(T2 )/(G12 +G45 )=1.44
T3 /T2 =2.04
(T1 +T3 )/T2 =4.57
(T1 +T3 +T5 )/T4 =5.04
(G23 )/(G12 +G45 )=3.35
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=8.73
第五實施例
請參閱第9圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第五實施 例。第五實施例在成像面71上的縱向球差請參考第10A圖、弧矢方向的像散像差請參考第10B圖、子午方向的像散像差請參考第10C圖、畸變像差請參考第10D圖。第五實施例與第一實施例大致上類似，不同處在於第五實施例第一透鏡10之第一像側面12為凸面、第二透鏡20之第二物側面21為凸面、第三透鏡30之第三物側面31為凹面，其具有位於圓周附近區域的凹面部34。此外，第五透鏡50之第五像側面52具有在光軸附近區域的凹面部56、圓周附近區域的凹面部59及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凸面部58。第五實施例詳細的光學數據如第26圖所示，非球面數據如第27圖所示，光學成像鏡頭長度5.13公厘，而系統像高為2.968mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=3.78
Tal /T3 =5.52
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=8.26
(T3 +T5 )/(T4 )=2.49
(G23 )/(G34 +G45 )=1.28
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=6.10
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=7.30
(T1 +T5 )/(T4 )=3.41
(T2 )/(G12 +G45 )=1.34
T3 /T2 =2.01
(T1 +T3 )/T2 =5.71
(T1 +T3 +T5 )/T4 =4.51
(G23 )/(G12 +G45 )=4.32
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=13.23
第六實施例
請參閱第11圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第六實施例。第六實施例在成像面71上的縱向球差請參考第12A圖、弧矢方向的像散像差請參考第12B圖、子午方向的像散像差請參考第12C圖、畸變像差請參考第12D圖。第六實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處在於第六實施例第一透鏡10之第一像側面12為凸面、第二透鏡20之第二物側面21為凸面、第三透鏡30之第三物側面31為凹面，其具有位於圓周附近區域的凹面部34。此外，第四透鏡40之第四像側面42具有在光軸附近區域的凸面部46、圓周附近區域的凸面部47及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凹面部48。第五透鏡50之第五像側面52具有在光軸附近區域的凹面部56、圓周附近區域的凹面部59及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凸面部58。第六實施例詳細的光學數據如第28圖所示，非球面數據如第29圖所示，光學成像鏡頭長度5.14公厘，而系統像高為2.96mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=3.69
Tal /T3 =5.52
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=8.26
(T3 +T5 )/(T4 )=2.49
(G23 )/(G34 +G45 )=2.23
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=5.95
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=6.73
(T1 +T5 )/(T4 )=3.41
(T2 )/(G12 +G45 )=1.34
T3 /T2 =2.01
(T1 +T3 )/T2 =5.71
(T1 +T3 +T5 )/T4 =4.51
(G23 )/(G12 +G45 )=5.12
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=11.21
第七實施例
請參閱第13圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第七實施例。第七實施例在成像面71上的縱向球差請參考第14A圖、弧矢方向的像散像差請參考第14B圖、子午方向的像散像差請參考第14C圖、畸變像差請參考第14D圖。第七實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處在於第五透鏡50之第五物側面51具有在圓周附近區域的凹面部54’。第七實施例詳細的光學數據如第30圖所示，非球面數據如第31圖所示，光學成像鏡頭長度5.15公厘，而系統像高為3.085mm。其各重要參數間的關係為：(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )=3.11
Tal /T3 =5.06
(T1 +T3 +T5 )/(T2 )=7.74
(T3 +T5 )/(T4 )=2.50
(G23 )/(G34 +G45 )=1.20
(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )=5.16
(G23 +G34 )/(G12 +G45 )=3.53
(T1 +T5 )/(T4 )=2.84
(T2 )/(G12 +G45 )=0.98
T3 /T2 =2.12
(T1 +T3 )/T2 =4.92
(T1 +T3 +T5 )/T4 =3.92
(G23 )/(G12 +G45 )=2.32
(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )=8.88
另外，各實施例之重要參數則整理於第32圖中。
總結以上之各實施例，申請人發現有以下特色：
1.當光圈置於第一透鏡之前、並搭配第一透鏡的正屈光率時，可增加系統之聚光能力，以有效縮短光學成像鏡頭的系統長度。另外，第三透鏡之正屈光率還可分擔第一透鏡的正屈光率，降低光學成像鏡頭製造的敏感度。
2.第二透鏡之第二像側面、第三透鏡之第三物側面及第四透鏡之第四物側面，在圓周附近區域為凹面部，又第三透鏡之第三像側面之圓周附近區域為凸面部。將此等透鏡形狀互相搭配，有利於修正像差，確保成像邊緣部分的成像品質。
3.第三透鏡之第三像側面的光軸附近區域為凸面部，第四透鏡之第四物側面之光軸附近區域為凹面部，而第五透鏡之第五像側面光軸附近區域為凹面部。將此等透鏡形狀互相搭配，有利於修正像差。如果再搭配第一透鏡之第一像側面的光軸附近區域為凹面部，則修正像差的效果還會更好。
此外，依據以上之各實施例之各重要參數間的關係，透過以下各參數之數值控制，可協助設計者設計出具備良好光學性能、整體長度有效縮短、且技術上可行之光學成像鏡頭。不同參數之比例有較佳之範圍，例如：
1.(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )4.00：如果能縮短第一透鏡至第五透鏡厚度的總和(Tal )及所有透鏡之間的空氣間隙(Gaa )，則 有助於光學成像鏡頭整體長度的縮短。而且，由於第三透鏡的屈光率為正、而第五透鏡的光學有效徑又較大，因故不易縮短，所以第三透鏡與第五透鏡厚度縮小的幅度較小。當滿足此條件式時，會使Tal 、Gaa 、T3 和T5 落在合適的長度範圍內，得使光學成像鏡頭整體長度縮小。較佳者，其範圍介於1~4之間。
2. Tal /T3 5.80：如果能縮短第一透鏡至第五透鏡厚度的總和，則可有效縮短鏡頭整體的長度。但是，由於第三透鏡的屈光率為正，因此第三透鏡厚度縮小的幅度較小。當滿足此條件式時，則可使Tal 與T3 落在合適的範圍內，有效的縮短鏡頭整體的長度。較佳者，其範圍介於2~5.8之間。
3. 5.60(T1 +T3 +T5 )/(T2 )：由於第一透鏡、第三透鏡具正屈光率，而第五透鏡之光學有效徑較大，所以相對於第二透鏡而言，厚度可以較厚。因此當滿足此關係式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於5.6~13。
4. 2.45(T3 +T5 )/(T4 )：由於第三透鏡為正屈光率、而第五透鏡光學有效徑較大，相較於第四透鏡而言厚度可以較厚，所以當滿足此關係式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於2.45~5.5。
5. 1.20(G23 )/(G34 +G45 )：由於第二透鏡之第二像側面，在圓周附近區域為凹面部，因此需要有足夠的空氣間隙使光線在合適的高度進入第三透鏡，以確保成像品質，因此G23 相較於G34 及G45 較不易縮小。當滿足此條件式時，有較佳的配置，使整體鏡頭縮短。較佳者，其範圍介於1.20~3.00。
6. 5.00(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )：第一、三透鏡具有正的屈光率，而第五透鏡的光學有效徑最大，所以此三個透鏡可以較厚，縮短的比例較小。而縮短鏡頭長度的過程中，T2 和T4 較無厚度縮小的限制，所以可以縮短的比例較大。考慮製作時的因難度，Gaa 的大 小必需有一定的限制，是以當滿足此關係式時，Tal 、Gaa 、T2 和T4 有較好的配置使整體鏡頭縮短。較佳者，其範圍介於5.00~7.00。
7. 3.30(G23 +G34 )/(G12 +G45 )：考慮光線的路徑及製造的困難度，當滿足此條件式時，鏡頭的各空氣間隙達到較好的配置。較佳者，其範圍介於3.30~9.00。
8. 2.60(T1 +T5 )/(T4 )：由於第一透鏡為正屈光率而第五透鏡光學有效徑較大，相較於第四透鏡而言厚度可以較厚，所以當滿足此關係式時，有較佳的配置，使整體鏡頭縮短。較佳者，其範圍介於2.60~6.00。
9. 1.30(T2 )/(G12 +G45 )：考慮光線的路徑及製造的困難度，當滿足此關係式時，T2 、G12 、G45 有較佳的配置。較佳者，其範圍介於1.30~3.00。
10. 2.00T3 /T2 ：由於第三透鏡為正屈光率，鏡片厚度相較於第二透鏡可較厚，當滿足此關係式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於2.00~5.00。
11. 4.30(T1 +T3 )/T2 ：由於第一透鏡、第三透鏡具正屈光率，因此相較於第二透鏡厚度可較厚，當滿足此關係式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於4.30~8.00。
12. 3.80(T1 +T3 +T5 )/T4 ：由於第一透鏡、第三透鏡具正屈光率，而第五透鏡光學有效徑較大，因此相對於第四透鏡而言，厚度可以較厚，所以當滿足此關係式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於3.80~7.00。
13. 2.30(G23 )/(G12 +G45 )：由於第二透鏡之像側面圓周附近區域為凹面部，因此需要有足夠的空氣間隙使光線在合適的高度進入第三透鏡，以確保成像品質。因此，G23 縮小幅度較小。當滿足此條件式時，有較佳的配置。較佳者，其範圍介於2.30~7.00。
14. 8.70(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )：當滿足此條件式時，可使T2 及G45 較小。較佳者，其範圍介於8.70~15.00。
本發明之光學成像鏡頭1，還可應用於可攜式電子裝置中。請參閱第16圖，其為應用前述光學成像鏡頭1的可攜式電子裝置100的第一較佳實施例。可攜式電子裝置100包含機殼110，及安裝在機殼110內的影像模組120。第16圖僅以行動電話為例，說明可攜式電子裝置100，但可攜式電子裝置100的型式不以此為限。
如第16圖中所示，影像模組120包括如前所述的光學成像鏡頭1。第16圖例示前述第一實施例之光學成像鏡頭1。此外，可攜式電子裝置100另包含用於供光學成像鏡頭1設置的鏡筒130、用於供鏡筒130設置的模組後座單元(module housing unit)140，用於供模組後座單元140設置的基板172，及設置於基板172、且位於光學成像鏡頭1的像側3的影像感測器70。光學成像鏡頭1中之影像感測器70可以是電子感光元件，例如感光耦合元件或互補性氧化金屬半導體元件。成像面71是形成於影像感測器70。
本發明所使用的影像感測器70是採用板上連接式晶片封裝的封裝方式而直接連接在基板172上。這和傳統晶片尺寸封裝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。因此，在光學成像鏡頭1中並不需要在影像感測器70之前設置保護玻璃，然本發明並不以此為限。
須注意的是，本實施例雖顯示濾光件60，然而在其他實施例中亦可省略濾光件60之結構，所以濾光件60並非必要。且機 殼110、鏡筒130、及/或模組後座單元140可為單一元件或多個元件組裝而成，但無須限定於此。其次，本實施例所使用的影像感測器70是採用板上連接式晶片封裝(Chip on Board,COB)的封裝方式而直接連接在基板172上，然本發明並不以此為限。
具有屈光率的五片透鏡10、20、30、40、50例示性地是以於兩透鏡之間分別存在有空氣間隔的方式設置於鏡筒130內。模組後座單元140具有鏡頭後座141，及設置於鏡頭後座141與影像感測器70之間的影像感測器後座146，然在其它的實施態樣中，不一定存在有影像感測器後座146。鏡筒130是和鏡頭後座141沿軸線I-I'同軸設置，且鏡筒130設置於鏡頭後座141的內側。
由於本發明光學成像鏡頭1之長度可以僅為5.15公厘左右，因此容許將可攜式電子裝置100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，使本發明之各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17圖，為應用前述光學成像鏡頭1的可攜式電子裝置200的第二較佳實施例。第二較佳實施例的可攜式電子裝置200與第一較佳實施例的可攜式電子裝置100的主要差別在於：鏡頭後座141具有第一座體142、第二座體143、線圈144及磁性元件145。第一座體142供鏡筒130設置並與鏡筒130外側相貼合且沿軸線I-I'設置、第二座體143沿軸線I-I'並環繞著第一座體142之外側設置。線圈144設置在第一座體142的外側與第二座體143的內側之間。磁性元件145設置在線圈144的外側與第二座體143的 內側之間。
第一座體142可帶著鏡筒130及設置在鏡筒130內的光學成像鏡頭1沿軸線I-I'，即第一圖之光軸4移動。影像感測器後座146則與第二座體143相貼合。濾光件60，如紅外線濾光片，則是設置在影像感測器後座146。第二實施例可攜式電子裝置200的其他元件結構則與第一實施例的可攜式電子裝置100類似，故在此不再贅述。
1‧‧‧光學成像鏡頭
2‧‧‧物側
3‧‧‧像側
4‧‧‧光軸
10‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧第一物側面
12‧‧‧第一像側面
16‧‧‧凹面部
17‧‧‧凸面部
20‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧第二物側面
22‧‧‧第二像側面
23‧‧‧凸面部
24‧‧‧凹面部
27‧‧‧凹面部
30‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧第三物側面
32‧‧‧第三像側面
33‧‧‧凸面部
34‧‧‧凹面部
40‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧第四物側面
42‧‧‧第四像側面
50‧‧‧第五透鏡
51‧‧‧第五物側面
52‧‧‧第五像側面
53‧‧‧凸面部
54‧‧‧凸面部
55‧‧‧凹面部
56‧‧‧凹面部
57‧‧‧凸面部
60‧‧‧濾光片
71‧‧‧成像面
80‧‧‧光圈

Claims (20)

  1. 一種光學成像鏡頭，由一物側至一像側在一光軸上依序包含：一光圈；一第一透鏡，其具有正屈光率；一第二透鏡，其具有朝向該像側的一第二像側面，該第二像側面在其圓周附近區域具有一凹面部；一第三透鏡，其具有正屈光率、朝向該像側的一第三像側面與朝向該物側的一第三物側面，該第三物側面在其圓周附近區域具有一凹面部，而該第三像側面為凸面；一第四透鏡，其具有正屈光率並具有朝向該物側的一第四物側面，該第四物側面為凹面；以及一第五透鏡，其具有朝向該像側的一第五像側面，該第五像側面在其光軸附近區域具有一凹面部；其中，該第五透鏡為一塑膠鏡片、該光學成像鏡頭具有屈光率之透鏡只有五片、該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡與該第五透鏡在該光軸上的中心厚度總合為Tal ，該第一透鏡到該第五透鏡之間於該光軸上之四個空氣間隙之總合為Gaa 、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3 、該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5 ，並滿足(Tal +Gaa )/(T3 +T5 )4.00。
  2. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中又滿足Tal /T3 5.80。
  3. 如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1 、該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2 ，並滿足5.60(T1 +T3 +T5 )/(T2 )。
  4. 如請求項3所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡在該光軸上的中心厚度 為T4 ，並滿足2.45(T3 +T5 )/(T4 )。
  5. 如請求項4所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G45 ，並滿足8.70(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )。
  6. 如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G23 、該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G34 、該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G45 ，並滿足1.20(G23 )/(G34 +G45 )。
  7. 如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2 、該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4 ，並滿足5.00(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )。
  8. 如請求項7所述之光學成像鏡頭，其中該一第透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G12 、該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G23 、該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G34 、該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G45 ，並滿足3.30(G23 +G34 )/(G12 +G45 )。
  9. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1 、該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2 ，並滿足5.60(T1 +T3 +T5 )/(T2 )。
  10. 如請求項9所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4 ，並滿足2.60(T1 +T5 )/(T4 )。
  11. 如請求項10所述之光學成像鏡頭，其中該一第透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G12 、該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G45 ，並滿足1.30(T2 )/(G12 +G45 )。
  12. 如請求項11所述之光學成像鏡頭，其中還滿足2.00T3 /T2 的條件。
  13. 如請求項9所述之光學成像鏡頭，其中還滿足4.30(T1 +T3 )/T2 的條件。
  14. 如請求項13所述之光學成像鏡頭，其中還滿足3.80(T1 +T3 +T5 )/T4 的條件，且該第一透鏡具有朝向該像側的一第一像側面，該第一像側面在其光軸附近區域具有一凹面部。
  15. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2 、該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4 ，並滿足5.00(Tal +Gaa )/(T2 +T4 )。
  16. 如請求項15所述之光學成像鏡頭，其中該一第透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G12 、該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G23 、該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G45 ，並滿足2.30(G23 )/(G12 +G45 )。
  17. 如請求項16所述之光學成像鏡頭，其中並滿足8.70(Tal +Gaa )/(T2 +G45 )。
  18. 一種電子裝置，包含：一機殼；及一影像模組，安裝在該機殼內，該影像模組包括： 如請求項1至17中任一項所述的一光學成像鏡頭；用於供該光學成像鏡頭設置的一鏡筒(barrel)；用於供該鏡筒設置的一模組後座單元；以及設置於該光學成像鏡頭之一像側的一影像感測器(sensor)。
  19. 如請求項18所述之電子裝置，其中該模組後座單元具有一鏡頭後座，該鏡頭後座具有與該鏡筒外側相貼合且沿一軸線設置的一第一座體，及沿該軸線並環繞著該第一座體外側設置的一第二座體，該第一座體可帶著該鏡筒與設置於該鏡筒內的光學成像鏡頭沿該軸線移動，以控制該光學成像鏡頭的移動對焦。
  20. 如請求項19所述之電子裝置，其中該模組後座單元還具有位於該鏡頭後座和該影像感測器之間的一影像感測器後座，且該影像感測器後座和該第二座體相貼合。
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