TWI529414B

TWI529414B - 光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置

Info

Publication number: TWI529414B
Application number: TW103144561A
Authority: TW
Inventors: 葉致仰; 唐子健
Original assignee: 玉晶光電股份有限公司
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-04-11
Also published as: US9632285B2; TW201527792A; US20160182779A1

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具有較短鏡頭長度之光學成像鏡頭，及應用此光學成像鏡頭之電子裝置，其主要用於拍攝影像及錄影，並應用於可攜式電子裝置，例如：手機、相機、平板電腦、或是個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)中。

近年來，手機和數位相機的普及使得攝影模組(包含光學成像鏡頭、坐體(holder)及感應器)等的蓬勃發展，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)或是互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)的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隨之縮小體積，但光學成像鏡頭之良好光學性能也是必要顧及之處。

例如，以美國專利公告號7848032、8284502、8179616來看，均為四片式透鏡結構，但是透鏡結構的長度在8公厘以上。特別是，其中美國專利公告號8179616的鏡頭長度甚至在11公厘以上，不利於手機和數位相機等攜帶型電子產品的薄型化設計。

因此，如何在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度，一直是業界亟待解決之課題。

於是，本發明提出一種較短鏡頭長度與良好光學性能的光學成像鏡頭。本發明四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、第三透鏡以及第四透鏡。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡都分別具有朝向物側的物側面以及朝向像側的像側面。此光學成像鏡頭只有此四片具有屈光率的透鏡。

本發明所提供之光學成像鏡頭，第一透鏡的像側面具有在圓周附近區域的凸面部。第二透鏡的物側面具有在圓周附近區域的凹面部，像側面具有在圓周附近區域的凸面部。第三透鏡的像側面具有在光軸附近區域的凸面部以及在圓周附近區域的凹面部。第四透鏡的材質為塑膠，物側面具有在圓周附近區域的凹面部。EFL為光學成像鏡頭的系統焦距、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，而滿足1.87≦(T₃/T₂)≦3.2、2.81≦(EFL/T₃)≦4.37、EFL≦2公厘、0.25公厘≦T₄之關係式。

在本發明光學成像鏡頭中，BFL為第四透鏡的像側面到成像面在光軸上的距離，而滿足2≦(BFL/T₁)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，G₁₂為第一透鏡到第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.5≦(T_2/G₁₂)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，ALT為第一透鏡到第四透鏡在光軸上的中心厚度總合、G₂₃為第二透鏡到第三透鏡在光軸上的空氣間隙、G₃₄為第三透鏡到第四透鏡在光軸上的空氣間隙，而滿足ALT/(G₂₃+G₃₄)≦14.5之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，AAG為第一透鏡到第四透鏡在光軸上的三個空氣間隙寬度總合、G₁₂為第一透鏡到第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.7≦(AAG/G₁₂)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，BFL為第四透鏡的像側面到成像面在光軸上的距離，而滿足3.40≦(BFL/T₂)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，G₁₂為第一透鏡到第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.8≦(T₄/G₁₂)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，AAG為第一透鏡到第四透鏡在光軸上的三個空氣間隙寬度總合、BFL為第四透鏡的像側面到成像面在光軸上的距離，而滿足2.8≦(BFL/AAG)之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，G₂₃為第二透鏡到第三透鏡在光軸上的空氣間隙、G₃₄為第三透鏡到第四透鏡在光軸上的空氣間隙，而滿足T₁/(G₂₃+G₃₄)≦4.5之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，BFL為第四透鏡的像側面到成像面在光軸上的距離，而滿足2.7≦BFL/T₄之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，第三透鏡的物側面具有在圓周附近區域的凸面部。

在本發明光學成像鏡頭中，第四透鏡的物側面具有在光軸附近區域的凸面部。

在本發明光學成像鏡頭中，G₂₃為第二透鏡到第三透鏡在光軸上的空氣間隙、G₃₄為第三透鏡到第四透鏡在光軸上的空氣間隙，而滿足T₂/(G₂₃+G₃₄)≦2.5之關係。

在本發明光學成像鏡頭中，ALT為第一透鏡到第四透鏡在光軸上的中心厚度總合、AAG為第一透鏡到第四透鏡在光軸上的三個空氣間隙寬度總合，而滿足4.89≦(ALT/AAG)之關係。

進一步，本發明又提供一種應用前述光學成像鏡頭的電子裝置。本發明的電子裝置，包含機殼、與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。

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧物側

3‧‧‧像側

4‧‧‧光軸

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧物側面

12‧‧‧像側面

13‧‧‧凸面部

14‧‧‧凸面部

16‧‧‧凸面部

17‧‧‧凸面部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧物側面

22‧‧‧像側面

23‧‧‧凸面部

23A‧‧‧凸面部

23B‧‧‧凸面部

24‧‧‧凹面部

24A‧‧‧凹面部

24B‧‧‧凹面部

26‧‧‧凹面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

33‧‧‧凹面部

34‧‧‧凸面部

36‧‧‧凸面部

37‧‧‧凹面部

40‧‧‧第四透鏡

41‧‧‧物側面

42‧‧‧像側面

43‧‧‧凸面部

44‧‧‧凹面部

46‧‧‧凹面部

47‧‧‧凸面部

60‧‧‧濾光片

70‧‧‧影像感測器

71‧‧‧成像面

80‧‧‧光圈

T1~T4‧‧‧透鏡中心厚度

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‧‧‧光軸

A~C‧‧‧區域

E‧‧‧延伸部

Lc‧‧‧主光線

Lm‧‧‧邊緣光線

圖1至圖5繪示本發明光學成像鏡頭判斷曲率形狀方法之示意圖，其中圖1A繪示非球面曲線方程式的x、y、z關係，而z軸就是光軸。

圖6圖繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第一實施例之示意圖。

圖7A繪示第一實施例在成像面上的縱向球差。

圖7B繪示第一實施例在弧矢方向的像散像差。

圖7C繪示第一實施例在子午方向的像散像差。

圖7D繪示第一實施例的畸變像差。

圖8繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第二實施例之示意圖。

圖9A繪示第二實施例在成像面上的縱向球差。

圖9B繪示第二實施例在弧矢方向的像散像差。

圖9C繪示第二實施例在子午方向的像散像差。

圖9D繪示第二實施例的畸變像差。

圖10繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第三實施例之示意圖。

圖11A繪示第三實施例在成像面上的縱向球差。

圖11B繪示第三實施例在弧矢方向的像散像差。

圖11C繪示第三實施例在子午方向的像散像差。

圖11D繪示第三實施例的畸變像差。

圖12繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第四實施例之示意圖。

圖13A繪示第四實施例在成像面上的縱向球差。

圖13B繪示第四實施例在弧矢方向的像散像差。

圖13C繪示第四實施例在子午方向的像散像差。

圖13D繪示第四實施例的畸變像差。

圖14繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第五實施例之示意圖。

圖15A繪示第五實施例在成像面上的縱向球差。

圖15B繪示第五實施例在弧矢方向的像散像差。

圖15C繪示第五實施例在子午方向的像散像差。

圖15D繪示第五實施例的畸變像差。

圖16繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第六實施例之示意圖。

圖17A繪示第六實施例在成像面上的縱向球差。

圖17B繪示第六實施例在弧矢方向的像散像差。

圖17C繪示第六實施例在子午方向的像散像差。

圖17D繪示第六實施例的畸變像差。

圖18繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第七實施例之示意圖。

圖19A繪示第七實施例在成像面上的縱向球差。

圖19B繪示第七實施例在弧矢方向的像散像差。

圖19C繪示第七實施例在子午方向的像散像差。

圖19D繪示第七實施例的畸變像差。

圖20繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第八實施例之示意圖。

圖21A繪示第八實施例在成像面上的縱向球差。

圖21B繪示第八實施例在弧矢方向的像散像差。

圖21C繪示第八實施例在子午方向的像散像差。

圖21D繪示第八實施例的畸變像差。

圖22繪示應用本發明四片式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。

圖23繪示應用本發明四片式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。

圖24表示第一實施例詳細的光學數據。

圖25表示第一實施例詳細的非球面數據。

圖26表示第二實施例詳細的光學數據。

圖27表示第二實施例詳細的非球面數據。

圖28表示第三實施例詳細的光學數據。

圖29表示第三實施例詳細的非球面數據。

圖30表示第四實施例詳細的光學數據。

圖31表示第四實施例詳細的非球面數據。

圖32表示第五實施例詳細的光學數據。

圖33表示第五實施例詳細的非球面數據。

圖34表示第六實施例詳細的光學數據。

圖35表示第六實施例詳細的非球面數據。

圖36表示第七實施例詳細的光學數據。

圖37表示第七實施例詳細的非球面數據。

圖38表示第八實施例詳細的光學數據。

圖39表示第八實施例詳細的非球面數據。

圖40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)」，是指所述透鏡以高斯光學理論計算出來之光軸上的屈光率為正(或為負)。該像側面、物側面定義為成像光線通過的範圍，其中成像光線包括了主光線(chief ray)Lc及邊緣光線(marginal ray)Lm，如圖1所示，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，光線通過光軸上的區域為光軸附近區域A，邊緣光線通過的區域為圓周附近區域C，此外，該透鏡還包含一延伸部E(即圓周附近區域C徑向上向外的區域)，用以供該透鏡組裝於一光學成像鏡頭內，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部分的延伸部。更詳細的說，判定面形或光軸附近區域、圓周附近區域、或多個區域的範圍的方法如下。

請繼續參照圖1，其係一透鏡徑向上的剖視圖。以該剖視圖觀之，在判斷前述區域的範圍時，定義一中心點為該透鏡表面上與光軸的一交點，而一轉換點是位於該透鏡表面上的一點，且通過該點的一切線與光軸垂直。如果徑向上向外有複數個轉換點，則依序為第一轉換點，第二轉換點，而有效半效徑上距光軸徑向上最遠的轉換點為第N轉換點。中心點和第一轉換點之間的範圍為光軸附近區域，第N轉換點徑向上向外的區域為圓周附近區域，中間可依各轉換點區分不同的區域。此外，有效半徑為邊緣光線Lm與透鏡表面交點到光軸I上的垂直距離。

如圖2所示，該區域的形狀凹凸係以平行通過該區域的光線(或光線延伸線)與光軸的交點在像側或物側來決定(光線焦點判定方式)。舉例言之，當光線通過該區域後，光線會朝像側聚焦，與光軸的焦點會位在像側，例如圖2中R點，則該區域為凸面部。反之，若光線通過該某區域後，光線會發散，其延伸線與光軸的焦點在物側，例如圖2中M點，則該區域為凹面部，所以中心點到第一轉換點間為凸面部，第一轉換點徑向上向外的區域為凹面部；由圖2可知，該轉換點即是凸面部轉凹面部的分界點，因此可定義該區域與徑向上相鄰該區域的內側的區域，係以該轉換點為分界具有不同的面形。另外，若是光軸附近區域的面形判斷可依該領域中通常知識者的判斷方式，以R值(指近軸的曲率半徑，通常指光學軟體中的透鏡資料庫(lens data)上的R值)正負判斷凹凸。以物側面來說，當R值為正時，判定為凸面部，當R值為負時，判定為凹面部；以像側面來說，當R值為正時，判定為凹面部，當R值為負時，判定為凸面部，此方法判定出的凹凸和光線焦點判定方式相同。

若該透鏡表面上無轉換點，該光軸附近區域定義為有效半徑的0~50%，圓周附近區域定義為有效半徑的50~100%。

圖3範例一的透鏡像側表面在有效半徑上僅具有第一轉換點，則第一區為光軸附近區域，第二區為圓周附近區域。此透鏡像側面的R值為正，故判斷光軸附近區域具有一凹面部；圓周附近區域的面形和徑向上緊鄰該區域的內側區域不同。即，圓周附近區域和光軸附近區域的面形不同；該圓周附近區域係具有一凸面部。

圖4範例二的透鏡物側表面在有效半徑上具有第一及第二轉換點，則第一區為光軸附近區域，第三區為圓周附近區域。此透鏡物側面的R值為正，故判斷光軸附近區域為凸面部；第一轉換點與第二轉換點間的區域(第二區)具有一凹面部，圓周附近區域(第三區)具有一凸面部。

圖5範例三的透鏡物側表面在有效半徑上無轉換點，此時以有效半徑0%~50%為光軸附近區域，50%~100%為圓周附近區域。由於光軸附近區域的R值為正，故此物側面在光軸附近區域具有一凸面部；而圓周附近區域與光軸附近區域間無轉換點，故圓周附近區域具有一凸面部。

如圖6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(optical axis)4，依序包含有一光圈80、第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40、濾光片60及成像面(image plane)71。一般說來，第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30都可以是由透明的塑膠材質所製成，本發明不以此為限，但第四透鏡40一定是由透明的塑膠材質所製成。在本發明光學成像鏡頭1中，具有屈光率的鏡片總共只有第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40等這四片透鏡而已。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(aperture stop)80，而設置於適當之位置。在圖6中，光圈80是設置在物側2與第一透鏡10之間。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，可濾除特定波長的光線(例如紅外線)，設於該第四透鏡的朝向像側的一面與成像面之間。

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。

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具有第一透鏡中心厚度T₁、第二透鏡20具有第二透鏡中心厚度T₂、第三透鏡30具有第三透鏡中心厚度T₃以及第四透鏡40具有第四透鏡中心厚度T₄。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ALT。亦即，ALT=T₁+T₂+T₃+T₄。

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)。例如，第一透鏡10到第二透鏡20之間空氣間隙寬度稱為G₁₂、第二透鏡20到第三透鏡30之間空氣間隙寬度稱為G₂₃、第三透鏡30到第四透鏡40之間空氣間隙寬度稱為G₃₄。所以，第一透鏡10到第四透鏡40之間位於光軸4上各透鏡間之三個空氣間隙寬度之總合即稱為AAG。亦即，AAG=G₁₂+G₂₃+G₃₄。

另外，第一透鏡10的物側面11至一成像面在光軸上的長度為TTL。光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，第四透鏡40的像側面42至成像面71在光軸上的長度為BFL。

另外，再定義：f1為該第一透鏡10的焦距；f2為該第二透鏡20的焦距，f3為該第三透鏡30的焦距；f4為該第四透鏡40的焦距；n1為該第一透鏡10的折射率；n2為該第二透鏡20的折射率；n3為該第三透鏡30的折射率；n4為該第四透鏡40的折射率；υ1為該第一透鏡10的阿貝係數(Abbe number)；υ2為該第二透鏡20的阿貝係數；υ3為該第三透鏡30的阿貝係數；及υ4為該第四透鏡10的阿貝係數。

第一實施例

請參閱圖6，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)請參考圖7A、弧矢(sagittal)方向的像散像差(astigmatic field aberration)請參考圖7B、子午(tangential)方向的像散像差請參考圖7C、以及畸變像差(distortion aberration)請參考圖7D。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1.557公厘。

第一實施例之光學成像鏡頭系統1主要由四枚以塑膠材質製成又具有屈光率之透鏡、濾光片60、光圈80、與成像面71所構成。光圈80是設置在物側2與第一透鏡10之間。濾光片60可以防止特定波長的光線(例如紅外線)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，具有位於光軸附近區域的凸面部13以及位於圓周附近區域的凸面部14，朝向像側3的第一像側面12亦為凸面，具有位於光軸附近區域的凸面部16以及位於圓周附近區域的凸面部17。第一透鏡之物側面11及像側面12皆為非球面。

第二透鏡20具有負屈光率。朝向物側2的第二物側面21為凹面，並具有位於光軸附近區域的凹面部23以及位於圓周附近區域的凹面部24，朝向像側3的第二像側面22具有位於光軸附近區域的凹面部26以及位於圓周附近區域的凸面部27。第二透鏡20之物側面21及像側面22皆為非球面。

第三透鏡30具有正屈光率，朝向物側2的第三物側面31具有位於光軸附近區域的凹面部33，以及位於圓周附近區域的凸面部34，而朝向像側3的第三像側面32具有位於光軸附近區域的凸面部36以及在圓周附近的凹面部37。第三透鏡30之物側面31及像側面32皆為非球面。

第四透鏡40具有負屈光率，朝向物側2的第四物側面41具有位於光軸附近區域的凸面部43，以及位於圓周附近區域的凹面部44，而朝向像側3的第四像側面42具有位於光軸附近區域的凹面部46以及在圓周附近的凸面部47。第四透鏡40之物側面41及像側面42皆為非球面。濾光片60位於第四透鏡40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到第四透鏡40中，所有物側面11/21/31/41與像側面12/22/32/42共計八個曲面，均為非球面。此等非球面係經由下列公式所定義：

其中：z：非球面之深度(非球面上距離光軸為y的點，與相切於非球面光軸上頂點之切面，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(is the m ^th Q^con coefficient)；Q_m ^con：第m階Q^con多項式(the m ^th Q^con polynomial)； x、y、z關係如圖1A所示，其中z軸就是光軸4。

第一實施例成像透鏡系統的光學數據如圖24所示，非球面數據如圖25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、中心厚度及焦距的單位為公厘(mm)。而系統像高為1.557公厘，HFOV為42.6219度。第一實施例中各重要參數間的關係列舉如下：T₃/T₂=1.880

EFL/T₃=3.287

EFL=1.650

T₄=0.251

BFL/T₁=2.263

T₂/G₁₂=2.363

ALT/(G₂₃+G₃₄)=8.784

AAG/G₁₂=2.434

BFL/T₂=3.416

T₄/G₁₂=2.221

BFL/AAG=3.316

T₁/(G₂₃+G₃₄)=2.488

BFL/T₄=3.633

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.648

ALT/AAG=5.175

第二實施例

請參閱圖8，例示本發明光學成像鏡頭1的第二實施例。請注意，從第二實施例開始，為簡化並清楚表達圖式，僅在圖上特別標示各透鏡與第一實施例不同之面型，而其餘與第一實施例的透鏡相同的面型，例如凹面部或是凸面部則不另外標示。第二實施例在成像面71上的縱向球差請參考圖9A、弧矢方向的像散像差請參考圖9B、子午方向的像散像差請參考圖9C、畸變像差請參考圖9D。第二實施例之設計與第一實施例類似。第二實施例詳細的光學數據如圖26所示，非球面數據如圖27所示。系統像高為1.557公厘，HFOV為41.977度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=2.955

EFL/T₃=2.876

EFL=1.700

T₄=0.291

BFL/T₁=1.951

T₂/G₁₂=1.515

ALT/(G₂₃+G₃₄)=13.153

AAG/G₁₂=1.894

BFL/T₂=4.585

T₄/G₁₂=2.205

BFL/AAG=3.668

T₁/(G₂₃+G₃₄)=3.983

BFL/T₄=3.151

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.695

ALT/AAG=6.208

第三實施例

請參閱圖10，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圖11A、弧矢方向的像散像差請參考圖11B、子午方向的像散像差請參考圖11C、畸變像差請參考圖11D。第三實施例之設計與第一實施例類似，不同之處在於，第二透鏡20的物側面21具有位在光軸附近區域的凸面部23A及位在圓周附近區域的凹面部24A。第三實施例詳細的光學數據如圖28所示，非球面數據如圖29所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.8628度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=3.025

EFL/T₃=2.810

EFL=1.700

T₄=0.252

BFL/T₁=2.133

T₂/G₁₂=1.429

ALT/(G₂₃+G₃₄)=9.104

AAG/G₁₂=2.164

BFL/T₂=4.555

T₄/G₁₂=1.800

BFL/AAG=3.007

T₁/(G₂₃+G₃₄)=2.620

BFL/T₄=3.615

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.227

ALT/AAG=4.898

第四實施例

請參閱圖12，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圖13A、弧矢方向的像散像差請參考圖13B、子午方向的像散像差請參考圖13C、畸變像差請參考圖13D。第四實施例之設計與第一實施例類似。第四實施例詳細的光學數據如圖30所示，非球面數據如圖31所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.858度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=2.935

EFL/T₃=2.896

EFL=1.700

T₄=0.280

BFL/T₁=2.173

T₂/G₁₂=1.093

ALT/(G₂₃+G₃₄)=11.415

AAG/G₁₂=1.710

BFL/T₂=4.530

T₄/G₁₂=1.530

BFL/AAG=2.895

T₁/(G₂₃+G₃₄)=3.208

BFL/T₄=3.236

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.538

ALT/AAG=4.741

第五實施例

請參閱圖14，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圖15A、弧矢方向的像散像差請參考圖15B、子午方向的像散像差請參考圖15C、畸變像差請參考圖15D。第五實施例之設計與第一實施例類似。第五實施例詳細的光學數據如圖32所示，非球面數據如圖33所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.932度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=2.004

EFL/T₃=2.977

EFL=1.700

T₄=0.278

BFL/T₁=2.189

T₂/G₁₂=2.280

ALT/(G₂₃+G₃₄)=12.605

AAG/G₁₂=1.992

BFL/T₂=3.295

T₄/G₁₂=2.224

BFL/AAG=3.771

T₁/(G₂₃+G₃₄)=3.460

BFL/T₄=3.378

T₂/(G₂₃+G₃₄)=2.298

ALT/AAG=6.277

第六實施例

請參閱圖16，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圖17A、弧矢方向的像散像差請參考圖17B、子午方向的像散像差請參考圖17C、畸變像差請參考圖17D。第六實施例之設計與第一實施例類似。第六實施例詳細的光學數據如圖34所示，非球面數據如圖35所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.1025度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=1.876

EFL/T₃=4.005

EFL=1.750

T₄=0.259

BFL/T₁=2.048

T₂/G₁₂=2.099

ALT/(G₂₃+G₃₄)=5.530

AAG/G₁₂=3.225

BFL/T₂=3.841

T₄/G₁₂=2.333

BFL/AAG=2.500

T₁/(G₂₃+G₃₄)=1.769

BFL/T₄=3.456

T₂/(G₂₃+G₃₄)=0.943

ALT/AAG=3.816

第七實施例

請參閱圖18，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圖18A、弧矢方向的像散像差請參考圖18B、子午方向的像散像差請參考圖18C、畸變像差請參考圖18D。第七實施例之設計與第一實施例類似，不同之處在於：第二透鏡20的物側面21具有位在光軸附近區域的凸面部23B及位在圓周附近區域的凹面部24B。第七實施例詳細的光學數據如圖26所示，非球面數據如圖27所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.7854度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=2.316

EFL/T₃=3.185

EFL=1.704

T₄=0.250

BFL/T₁=2.702

T₂/G₁₂=1.540

ALT/(G₂₃+G₃₄)=8.833

AAG/G₁₂=2.040

BFL/T₂=4.234

T₄/G₁₂=1.667

BFL/AAG=3.196

T₁/(G₂₃+G₃₄)=2.321

BFL/T₄=3.912

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.481

ALT/AAG=4.503

第八實施例

請參閱圖20，例示本發明光學成像鏡頭1的第八實施例。第八實施例在成像面71上的縱向球差請參考圖21A、弧矢方向的像散像差請參考圖21B、子午方向的像散像差請參考圖21C、畸變像差請參考圖21D。第八實施例之設計與第一實施例類似。第八實施例詳細的光學數據如圖38所示，非球面數據如圖39所示，系統像高為1.557公厘，HFOV為41.3132度。其各重要參數間的關係為：T₃/T₂=1.988

EFL/T₃=3.393

EFL=1.734

T₄=0.305

BFL/T₁=2.025

T₂/G₁₂=2.107

ALT/(G₂₃+G₃₄)=8.958

AAG/G₁₂=2.377

BFL/T₂=3.405

T₄/G₁₂=2.500

BFL/AAG=3.017

T₁/(G₂₃+G₃₄)=2.571

BFL/T₄=2.869

T₂/(G₂₃+G₃₄)=1.530

ALT/AAG=5.190

另外，各實施例之重要參數則整理於圖40中。其中G4F代表第四透鏡40到濾光片60之間在光軸4上的間隙寬度，TF代表濾光片60在光軸4上的中心厚度，GFI代表濾光片60到成像面71之間在光軸4上的間隙寬度，BFL為第四透鏡40的像側面42到成像面71在光軸4上的距離，即BFL=G4F+TF+GFI。

申請人發現，本案的透鏡配置，有以下的特徵，以及可以達成的對應功效：

1.光圈位置在第一透鏡之前，有助於提升成像品質及縮短鏡頭長度。

2.第一透鏡的像側面具有在圓周附近區域的凸面部；第二透鏡的物側面具有在圓周附近區域的凹面部，像側面具有在圓周附近區域的凸面部；第三透鏡的像側面具有在光軸附近區域的凸面部及在圓周附近區域的凹面部；第四透鏡的物側面具有在圓周附近區域的凹面部，如此的安排有助於修正光學成像鏡頭的像差。

3.第四透鏡是塑膠材質，有助於降低成本並減輕鏡頭重量。

4.進一步搭配第三透鏡物側面在圓周附近區域的凸面部，或第四透鏡物側在光軸附近區域的凸面部時，修正像差的效果還可以更好。

5.若再搭配第一透鏡物側面在光軸、圓周附近區域的凸面部、像側面在光軸附近區域的凸面部，第二透鏡像側面在光軸附近區域的凹面部，第三透鏡物側面在光軸附近區域的凹面部、在圓周附近區域的凸面部，第四透鏡物側面在光軸附近區域的凸面部、像側面在光軸附近區域的凹面部、在圓周附近區域的凸面部，則在縮短鏡頭長度的過程中，更有利於維持良好成像品質，而當所有透鏡都使用塑膠製作時，有利於非球面的製造、降低成本及減輕鏡頭重量。

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)由於成像品質的要求愈來愈高，鏡頭的長度又需愈來愈小，所以透鏡在光軸附近區域與圓周附近區域的面型，往往會因為考慮光線的路徑而有不同的變化。因此，在鏡頭中心與邊緣的厚度大小也會所有差異。考量到光線的特性，愈是邊緣的光線，愈需要在鏡頭內部經過較長的路徑與折射才會與在光軸附近入射的光聚焦到成像面。以本案的設計而言，光學成像鏡頭的有效焦距(EFL)較小有利於半視角(HFOV)的擴大，因此建議下列關係式：EFL≦2公厘。

(2)透鏡的中心厚度受限於現今工藝技術，不可能在鏡頭縮短的過程中無限制的薄化，因此建議下列的關係式，有利於提升製造良率： 1.87≦(T₃/T₂)≦3.2

2.81≦(EFL/T₃)≦4.37。

0.25公厘≦T₄。

(3)BFL為第四透鏡的像側面到成像面在光軸上的距離，較大的距離有利於其它元件的放置，如紅外線濾光片等，因此和T₁、T₂、T₄等透鏡的中心厚度相比，可縮短的比例較小。另外，空氣間隙的總和AAG和BFL相比，可縮短的比例仍是較大，所以建議下列關係式，有利於各參數較佳的配置：2≦(BFL/T₁)

3.40≦(BFL/T₂)

2.8≦(BFL/AAG)

2.7≦(BFL/T₄)。

(4)以本案設計而言，第一透鏡像側面圓周附近區域具有一個凸面部，第二透鏡物側面的圓周附近區域具有一個凹面部，和第一透鏡之間較不會有邊緣干涉的問題，所以尺寸可以較小，因此建議下列關係式，有利鏡頭長度的縮短：1.5≦(T₂/G₁₂)

1.7≦(AAG/G₁₂)

1.8≦(T₄/G₁₂)。

(5)ALT、T₁、T₂受限於製作的工藝，無法無限制的縮小，但若設計的較大，則會不利於鏡頭的縮短。是以當ALT、T₁、T₂縮短的比例比G₂₃與G₃₄之和大時，則有利於鏡頭的縮短，且可以使鏡頭容易在縮短的過程中保有較佳的製造良率，因此建議下列關係式：ALT/(G₂₃+G₃₄)≦14.5

T₁/(G₂₃+G₃₄)≦4.5

T₂/(G₂₃+G₃₄)≦2.5。

(6)各透鏡中心厚度的總和ALT與空氣間隙的總和AAG若都趨小設計，會有利於鏡頭長度的縮短。然而，空氣隙限受工藝限制較少，所以可縮短的比例較大，因此建議下列關係式，可有利於鏡頭的配置：4.89≦(ALT/AAG)。

(7)當鏡頭滿足上述其中一個或多個關係式時，可讓鏡頭在長度縮短的過程中，仍維持良好的成像品質，如像散、畸變等像差的改善，同時有助於光學性能的提升，如光圈值的縮小、視場角的擴大等，較佳的，在滿足下列關係式時，更有利於良率的提升及光學品質的兼顧。

1公厘≦EFL≦2公厘

0.25公厘≦T₄≦0.8公厘

2≦BFL/T₁≦3.2

1.5≦T₂/G₁₂≦3

4.5≦ALT/(G₂₃+G₃₄)≦14.5

1.7≦AAG/G₁₂≦4

3.4≦BFL/T₂≦5

1.8≦T₄/G₁₂≦3

2.8≦BFL/AAG≦4.2

4.5≦T1/(G₂₃+G₃₄)≦1.2

2.7≦BFL/T₄≦4.4

0.5≦T₂/(G₂₃+G₃₄)≦2.5

4.89≦ALT/AAG≦7

本發明之光學成像鏡頭1，還可應用於電子裝置中，例如應用於行動電話或是行車紀綠器。請參閱圖22，其為應用前述光學成像鏡頭1的電子裝置100的第一較佳實施例。電子裝置100包含機殼110，及安裝在機殼110內的影像模組120。圖22僅以行動電話為例，說明電子裝置100，但電子裝置100的型式不以此為限。

如圖22中所示，影像模組120包括如前所述的光學成像鏡頭1。圖22例示前述第一實施例之光學成像鏡頭1。此外，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(Chip on Board,COB)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片60，然而在其他實施例中亦可省略濾光片60之結構，所以濾光片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。

具有屈光率的四片透鏡10、20、30、40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。

另請參閱圖23，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'，即圖6之光軸4移動。影像感測器後座146則與第二座體143相貼合。濾光片60，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。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧物側

3‧‧‧像側

4‧‧‧光軸

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧物側面

12‧‧‧像側面

13‧‧‧凸面部

14‧‧‧凸面部

16‧‧‧凸面部

17‧‧‧凸面部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧物側面

22‧‧‧像側面

23‧‧‧凹面部

24‧‧‧凹面部

26‧‧‧凹面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

33‧‧‧凹面部

34‧‧‧凸面部

36‧‧‧凸面部

37‧‧‧凹面部

40‧‧‧第四透鏡

41‧‧‧物側面

42‧‧‧像側面

43‧‧‧凸面部

44‧‧‧凹面部

46‧‧‧凹面部

47‧‧‧凸面部

60‧‧‧濾光片

71‧‧‧成像面

80‧‧‧光圈

Claims

一種光學成像鏡頭，從一物側至一像側沿一光軸依序包含一光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡都分別具有屈光率，以及朝向該物側的一物側面以及朝向該像側的一像側面，該光學成像鏡頭包含：該第一透鏡的該像側面具有在一圓周附近區域的一凸面部；該第二透鏡的該物側面具有在一圓周附近區域的一凹面部，該像側面具有在一圓周附近區域的一凸面部；該第三透鏡的該像側面具有位在該光軸附近區域的一凸面部以及位在一圓周附近區域的一凹面部；以及該第四透鏡是一塑膠材質，且該物側面具有在一圓周附近區域的一凹面部；其中，該光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡只有該第一透鏡至該第四透鏡共四片，EFL為光學成像鏡頭的系統焦距、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、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T₃、該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T₄，並滿足1.87≦(T₃/T₂)≦3.2、2.81≦(EFL/T₃)≦4.37、EFL≦2公厘、0.25公厘≦T₄的關係式。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中BFL為該第四透鏡的像側面到一成像面在該光軸上的距離，而滿足2≦BFL/T₁之關係。
如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中G₁₂為該第一透鏡到該第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.5≦T₂/G₁₂之關係。
如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中ALT為該第一透鏡到該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合、G₂₃為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的空氣間隙、G₃₄為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的空氣間隙，而滿足ALT/(G₂₃+G₃₄)≦14.5之關係。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中AAG為該第一透鏡到該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙寬度總合、G₁₂為該第一透鏡到該第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.7≦AAG/G₁₂之關係。
如請求項5所述之光學成像鏡頭，其中BFL為該第四透鏡的像側面到一成像面在該光軸上的距離，而滿足3.40≦BFL/T₂之關係。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中G₁₂為該第一透鏡到該第二透鏡之間空氣間隙的寬度，而滿足1.8≦T₄/G₁₂之關係。
如請求項7所述之光學成像鏡頭，其中AAG為該第一透鏡到該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙寬度總合、BFL為該第四透鏡的像側面到一成像面在該光軸上的距離，而滿足2.8≦BFL/AAG之關係。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中G₂₃為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的空氣間隙、G₃₄為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的空氣間隙，而滿足T₁/(G₂₃+G₃₄)≦4.5之關係。
如請求項9所述之光學成像鏡頭，其中BFL為該第四透鏡的像側面到一成像面在該光軸上的距離，而滿足2.7≦BFL/T4之關係。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該第三透鏡的物側面具有在一圓周附近區域的一凸面部。
如請求項11所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡的物側面具有在該光軸附近區域的一凸面部。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中G₂₃為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的空氣間隙、G₃₄為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的空氣間隙，而滿足T₂/(G₂₃+G₃₄)≦2.5之關係。
如請求項13所述之光學成像鏡頭，其中ALT為該第一透鏡到該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合、AAG為該第一透鏡到該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙寬度總合，而滿足4.89≦ALT/AAG之關係。
一種電子裝置，包含：一機殼；以及一影像模組，其安裝在該機殼內，並包括如請求項1至14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、用於供該鏡筒設置的一模組後座單元，及設置於該光學成像鏡頭一像側的一影像感測器。