TWI537584B

TWI537584B - 光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置

Info

Publication number: TWI537584B
Application number: TW103102329A
Authority: TW
Inventors: 汪凱倫; 葉龍; 陳雁斌
Original assignee: 玉晶光電股份有限公司
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2016-06-11
Also published as: TW201433817A; CN103969808B; US20150185438A1; CN103969808A; US9465196B2

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。

隨著消費者對於成像品質上的需求，傳統的四片式透鏡的結構，已無法滿足更高成像品質的需求。因此亟需發展一種小型且成像品質佳的光學成像鏡頭。以美國專利號US 7920340、US 7660049、US 7848032揭露一四片式透鏡結構，由於其第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離均大於7公厘，所以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，能夠如何有效縮減光學鏡頭之系統長度，同時又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。本發明四片式成像鏡頭從物側至像側，在光軸上依序安排有第一透鏡、光圈、第二透鏡、第三透鏡、以及第四透鏡，其中之每一透鏡都具有屈光率，而光學成像鏡頭中具備屈光率之透鏡總共只有四片。

第一透鏡具有朝向像側的像側面，此像側面在其圓周附近區域具有凹面部。第二透鏡具有朝向物側的物側面與朝向像側的像側面，此物側面在其光軸附近區域具有凸面部，此像側面在其圓周附近區域具有凸面部。第三透鏡具有正屈光率、朝向物側的物側面與朝向像側的像側面，此物側面在其光軸附近區域具有凹面部，此像側面在其光軸附近區域具有凸面部。第四透鏡具有朝向像側的像側面，此像側面在其光軸附近區域具有凹面部以及在其圓周附近區域具有凸面部。

另外，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、第一透鏡到第四透鏡之間在光軸上之三個空氣間隙之總合為G_aa，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、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡與第四透鏡在光軸上的中心厚度總合為T_all，第四透鏡的像側面至成像面的長度稱為後焦長度(back focal length)BFL，光學成像鏡頭的系統焦距為EFL。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足T₁/(G₁₂+G₃₄)2.50。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足3.50(T₃+G₂₃)/T₄。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.49(T_all/G_aa)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.5(G₂₃+T₃)/T₂。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.5(BFL/G₂₃)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足G₂₃/(G₁₂+G₃₄)1.50。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足0.54(G₂₃/T₂)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足7.00(BFL+T₃)/G₁₂。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足3.70(EFL/G₂₃)10.00。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.20(BFL/T₁)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足3.30(T_all/G₂₃)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.50(T₃/G₂₃)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足1.25(T₃/G_aa)。

本發明光學成像鏡頭中，又滿足5.00(T_all/T₄)。

本發明又提供一種電子裝置，其包含機殼以及影像模組。影像模組安裝在機殼內，又包括如前所述的光學成像鏡頭、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之像側的影像感測器。

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

17‧‧‧凹面部

E‧‧‧延伸部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧物側面

22‧‧‧像側面

23‧‧‧凸面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

33‧‧‧凹面部

36‧‧‧凸面部

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

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及D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及D區域更為向內凹陷，而C及D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及D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、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與第四透鏡40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四片。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是設置在第二透鏡20的物側21之前，第一透鏡10與第二透鏡20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，即會經由第一透鏡10、光圈80、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，例如濾光片60可以是紅外線濾除濾光片(IR cut filter)，置於第四透鏡40與成像面71之間。也可以選擇性的在第一透鏡10前面或是濾光片60後面設置保護玻璃(圖未示)，不應以本較佳實施例所揭露的內容為限。

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。例如，第一透鏡10具有一物側面11與一像側面12；第二透鏡20具有一物側面21與一像側面22；第三透鏡30具有一物側面31與一像側面32；第四透鏡40具有一物側面41與一像側面42。另外，本發明光學成像鏡頭1中各個透鏡之物側面或像側面，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。

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具有厚度T₁、第二透鏡20具有厚度T₂、第三透鏡30具有厚度T₃，而第四透鏡40具有厚度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T_all。亦即，T_all=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)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。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之總合即稱為G_aa。亦即，G_aa=G₁₂+G₂₃+G₃₄。還有，第四透鏡40的像側面42至成像面71在光軸上的長度，則稱為後焦長度(back focal length)BFL。

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。

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10~40、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與第二透鏡20之間。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具有負屈光率，且其物側面為凸面並具有位於光軸附近區域的凸面部及一位於圓周附近區域的凸面部，像側面12在光軸附近區域具有凹面部且其圓周附近區域具有凹面部17。另外，第一透鏡10之物側面11及像側面12皆為非球面(aspheric surface)。

第二透鏡20的屈光率為正，且物側面21為凸面並具有位於光軸附近區域之凸面部23及一位於圓周附近區域的凸面部，像側面22為凸面，具有位於光軸附近區域的凸面部及一位於圓周附近區域的凸面部27。另外，第二透鏡20之物側面21以及像側面22皆為非球面。

第三透鏡30具有正屈光率。物側面31為凹面，具有位於光軸附近區域的凹面部33及一位於圓周附近區域的凹面部，像側面32為凸面，具有位於光軸附近區域之凸面部36及一位於圓周附近區域的凸面部。另外，第三透鏡30之物側面31以及像側面32皆為非球面。

第四透鏡40具有負屈光率，物側面41具有位於光軸附近區域之凸面部43與位於圓周附近區域的凹面部44，像側面42具有一位於在光軸附近區域的凹面部46及一位於圓周附近區域的凸面部47。另外，第四透鏡40之物側面41及像側面42皆為非球面。濾光片60可以是紅外線濾光片，其位於第四透鏡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的所有物側面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：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，半視場角(HalfField of View，簡稱HFOV)為整體光學透鏡系統中最大視場角(Field of View)的一半，又曲率半徑、厚度及焦距的單位為公厘，EFL為光學成像鏡頭的系統焦距。光學成像鏡頭長度為3.880公厘(第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離)，而系統像高為2.270公厘。第一實施例中各重要參數間的關係列舉如下： T_all=2.042

G_aa=0.667

BFL=1.171

EFL=2.004

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=1.104

G₂₃/T₂=1.254

(BFL+T₃)/G₁₂=8.948

EFL/G₂₃=5.731

BFL/T₁=3.430

T₁/(G₁₂+G₃₄)=1.078

(T₃+G₂₃)/T₄=4.124

T_all/G_aa=3.064

(G₂₃+T₃)/T₂=5.112

BFL/G₂₃=3.349

T₃/G_aa=1.615

T_all/G₂₃=5.840

T₃/G₂₃=3.077

T_all/T₄=5.907

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與第一實施例大致上類似，不同處僅在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別。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4.112公厘，而系統像高為2.27公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=2.403

G_aa=0.538

BFL=1.171

EFL=2.090

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=1.420

G₂₃/T₂=0.847

(BFL+T₃)/G₁₂=14.658

EFL/G₂₃=6.626

BFL/T₁=2.264

T₁/(G₁₂+G₃₄)=2.329

(T₃+G₂₃)/T₄=4.230

T_all/G_aa=4.471

(G₂₃+T₃)/T₂=3.975

BFL/G₂₃=3.714

T₃/G_aa=2.165

T_all/G₂₃=7.620

T₃/G₂₃=3.691

T_all/T₄=6.872

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與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別。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3.811公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=2.007

G_aa=0.633

BFL=1.171

EFL=1.929

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=1.126

G₂₃/T₂=1.127

(BFL+T₃)/G₁₂=9.798

EFL/G₂₃=5.756

BFL/T₁=4.791

T₁/(G₁₂+G₃₄)=0.822

(T₃+G₂₃)/T₄=4.060

T_all/G_aa=3.173

(G₂₃+T₃)/T₂=4.860

BFL/G₂₃=3.496

T₃/G_aa=1.754

T_all/G₂₃=5.991

T₃/G₂₃=3.312

T_all/T₄=5.641

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。第四實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別，以及：第一透鏡10的屈光率為正。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3.804公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=2.063

G_aa=0.735

BFL=1.006

EFL=2.068

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=1.203

G₂₃/T₂=1.458

(BFL+T₃)/G₁₂=8.240

EFL/G₂₃=5.154

BFL/T₁=2.754

T₁/(G₁₂+G₃₄)=1.095

(T₃+G₂₃)/T₄=4.444

T_all/G_aa=2.808

(G₂₃+T₃)/T₂=5.409

BFL/G₂₃=2.508

T₃/G_aa=1.480

T_all/G₂₃=5.142

T₃/G₂₃=2.711

T_all/T₄=6.158

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，不同處在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別。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4.253公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=2.383

G_aa=0.564

BFL=1.307

EFL=2.128

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=0.627

G₂₃/T₂=0.569

(BFL+T₃)/G₁₂=8.823

EFL/G₂₃=9.785

BFL/T₁=3.728

T₁/(G₁₂+G₃₄)=1.011

(T₃+G₂₃)/T₄=4.525

T_all/G_aa=4.223

(G₂₃+T₃)/T₂=4.002

BFL/G₂₃=6.010

T₃/G_aa=2.325

T_all/G₂₃=10.958

T₃/G₂₃=6.034

T_all/T₄=7.049

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。第六實施例與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別。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3.840公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=1.966

G_aa=0.706

BFL=1.168

EFL=2.077

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=1.039

G₂₃/T₂=0.988

(BFL+T₃)/G₁₂=7.168

EFL/G₂₃=5.771

BFL/T₁=3.451

T₁/(G₁₂+G₃₄)=0.976

(T₃+G₂₃)/T₄=3.692

T_all/G_aa=2.782

(G₂₃+T₃)/T₂=3.508

BFL/G₂₃=3.244

T₃/G_aa=1.298

T_all/G₂₃=5.461

T₃/G₂₃=2.549

T_all/T₄=5.683

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與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、透鏡屈光率、透鏡曲率半徑、透鏡厚度、透鏡非球面係數或是後焦距等相關參數有別。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4.003公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：T_all=2.365

G_aa=0.549

BFL=1.090

EFL=1.921

G₂₃/(G₁₂+G₃₄)=0.573

G₂₃/T₂=0.548

(BFL+T₃)/G₁₂=9.210

EFL/G₂₃=9.605

BFL/T₁=3.019

T₁/(G₁₂+G₃₄)=1.034

(T₃+G₂₃)/T₄=4.080

T_all/G_aa=4.308

(G₂₃+T₃)/T₂=4.047

BFL/G₂₃=5.450

T₃/G_aa=2.326

T_all/G₂₃=11.825

T₃/G₂₃=6.385

T_all/T₄=6.533

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，申請人將本發明之功效整理如下：

1.第一透鏡之像側面具有位於圓周附近區域的凹面部及位於第一透鏡與第二透鏡之間的光圈，有助於提高視場角。第三透鏡之屈光率為正有助於提供系統所需的正屈光率。

2.第一透鏡之像側面具有位於圓周附近區域的凹面部、第二透鏡之物側面具有位於光軸附近區域的凸面部、第二透鏡之像側面具有位於圓周附近區域的凸面部、第三透鏡之物側面具有位於光軸附近區域的凹面部、第三透鏡像側面具有位於光軸附近區域的凸面部，以及第四透鏡之像側面具有位於光軸附近區域的凹面部和位於圓周附近區域的凸面部，此等面型的搭配，可確保成像品質。

綜上所述，本發明藉由所述透鏡的設計與相互搭配，而能產生優異的成像品質。

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. T₁/(G₁₂+G₃₄)≦2.5：由於第一透鏡在光軸上無形狀的限制，故第一透鏡可縮短的比例較大，而光圈位於第一透鏡與第二透鏡之間，故G₁₂可縮短的比例較小，且考慮光線的路徑，G₃₄縮短的比例較小，故T₁/(G₁₂+G₃₄)較佳為趨小設計，例如介於0.8~2.5之間。

2.(T₃+G₂₃)/T₄：由於第三透鏡之屈光率為正，故第三透鏡縮短的比例較小，且考慮光線的路徑，G₂₃需有足夠的空間使光線從光學有效徑較小的第二透鏡進入光學有效徑較大的第三透鏡，故T₃與G₂₃縮短的比例較小，而T₄縮短的比例較大，故較佳為趨大設計，例如介於3.5~4.7之間。

3. 2.49≦T_all/G_aa：考慮製造困難度及光線的路徑，當滿足此條件式時，T_all及G_aa有較好的配置，例如介於：2.49~4.7之間。

4. 2.5≦(G₂₃+T₃)/T₂：由於G₂₃與T₃縮短的比例較小，而第二透鏡的光學有效徑較小，故可縮短的比例較大，故此條件較佳是趨大設計，例如介於2.5~5.5之間。

5. 2.5≦BFL/G₂₃：由於第四透鏡與成像面之間需容置濾光片等元件，故BFL縮短的比例受到較大的限制，考慮製造困難度及光線的路徑，當滿足此條件式時，BFL及G₂₃有較好的配置使鏡頭的視場角較大並且縮小鏡頭長度，較佳的介於：2.5~6.3之間。

6. G₂₃/(G₁₂+G₃₄)≦1.5：考慮製造困難度及光線的路徑，當滿足此條件式時，各空氣間隙有較好的配置使鏡頭長度縮短並擴大視場角，較佳的介於0.5~1.5之間。

7. 0.54≦G₂₃/T₂：由於G₂₃需有足夠的空間使光線從光學有效徑較小的第二透鏡進入光學有效徑較大的第三透鏡，故G₂₃縮短的比例較小，而第二透鏡之光學有效徑較小，故T₂縮短的比例較大，較佳的介於：0.54~1.6之間。

8. 7.00≦(BFL+T₃)/G₁₂：由於T₃與BFL縮短的比例較小，故與T₃與BFL相比，G₁₂縮短的比例較大，較佳的介於7~15.0之間。

9. 3.7≦EFL/G₂₃≦10：EFL的縮短可以有助於視場角的擴大，但也不可以無限制的縮短，當滿足此條件式時，EFL與G₂₃有較佳的配置。

10. 2.2≦BFL/T₁：由於第四透鏡與成像面之間需容置濾光片等元件，故BFL縮短的比例受到較大的限制，而第一透鏡在光軸附近沒有限制面形，故第一透鏡T₁可縮短的比例較大，故此條件式較佳會趨大設計，例如介於2.2~5之間。

11. 3.3≦T_all/G₂₃：考慮透鏡的製作，T_all無法無限制的縮短，使T_all及G₂₃有較佳的配置，使鏡頭長度縮短。較佳的介於3.3~12.0之間。

12. 2.5≦T₃/G₂₃：由於第三透鏡具有正屈光率，因此第三透鏡的厚度較厚，故T₃縮短的比例較G₂₃小，較佳的介於2.5~6.5之間。

13. 1.25≦T₃/G_aa：由於第三透鏡具有正屈光率，故T₃縮短的比例較小，而當鏡頭長度縮短，各空氣間隙會縮短，故G_aa可縮小的比例較大，較佳介於1.25~2.5之間。

14. 5.00≦T_all/T₄：為使鏡頭長度縮短，所有透鏡會變薄，當滿足此條件式時，使第四透鏡縮短的比例較大，有效幫助鏡頭長度縮短，較佳的介於5~7.5之間。

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21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。

由於本發明光學成像鏡頭1之長度可以僅為3.8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。

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

17‧‧‧凹面部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧物側面

22‧‧‧像側面

23‧‧‧凸面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

33‧‧‧凹面部

36‧‧‧凸面部

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，由一物側至一像側在一光軸上依序包含一第一透鏡、一光圈、一第二透鏡、一第三透鏡、以及一第四透鏡，其中：該第一透鏡具有朝向該像側的一像側面，該像側面在其圓周附近區域具有一凹面部；該第二透鏡具有朝向該物側的一物側面與朝向該像側的一像側面，該物側面在其光軸附近區域具有一凸面部，該像側面在其圓周附近區域具有一凸面部；該第三透鏡具有正屈光率、朝向該物側的一物側面與朝向該像側的一像側面，該物側面在其光軸附近區域具有一凹面部，該像側面在其光軸附近區域具有一凸面部；以及該第四透鏡具有朝向該像側的一像側面，該像側面在其光軸附近區域具有一凹面部以及在其圓周附近區域具有一凸面部，其中，該光學成像鏡頭只具備四片具有屈光率之鏡片。
如請求項16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、該第一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，使得T₁/(G₁₂+G₃₄)2.50。
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，使得3.50(T₃+G₂₃)/T₄。
如請求項3所述之光學成像鏡頭，其中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合為T_all、該第一透鏡到該第四透鏡之間在該光軸上之三個空氣間隙之總合為G_aa，使得2.49(T_all/G_aa)。
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，使得2.5(G₂₃+T₃)/T₂。
如請求項5所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡的像側面至一成像面的長度為後焦長度BFL，使得2.5(BFL/G₂₃)。
如請求項16所述之光學成像鏡頭，其中該第一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，使得G₂₃/(G₁₂+G₃₄)1.50。
如請求項7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，使得0.54(G₂₃/T₂)。
如請求項8所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡的像側面至一成像面的長度為後焦長度BFL、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T₃，使得7.00(BFL+T₃)/G₁₂。
如請求項7所述之光學成像鏡頭，其中EFL為光學成像鏡頭的系統焦距，又滿足3.7(EFL/G₂₃)10.00。
如請求項10所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡的像側面至一成像面的長度為後焦長度BFL、該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T₁，使得2.20(BFL/T₁)。
如請求項16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、該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合為T_all，使得3.30(T_all/G₂₃)。
如請求項12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、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T₃，使得2.5(G₂₃+T₃)/T₂。
如請求項13所述之光學成像鏡頭，其中2.50(T₃/G₂₃)。
如請求項16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，使得3.50(T₃+G₂₃)/T₄。
如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡到該第四透鏡之間在該光軸上之三個空氣間隙之總合為G_aa，使得1.25(T₃/G_aa)。
如請求項16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、該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T₂，使得0.54(G₂₃/T₂)。
如請求項17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、該第四透鏡的像側面至一成像面的長度為後焦長度BFL，使得2.50(BFL/G₂₃)。
如請求項16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、該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合為T_all，使得5.00(T_all/T₄)。
一種電子裝置，包含：一機殼；以及一影像模組，安裝在該機殼內，該影像模組包括：如請求項1至19中任一項的一光學成像鏡頭；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)。