TWI565965B

TWI565965B - Optical camera lens

Info

Publication number: TWI565965B
Application number: TW104118145A
Authority: TW
Inventors: si-ying Chen
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2017-01-11
Also published as: TW201643494A

Description

光學攝像鏡頭

本發明是有關於一種光學鏡頭，特別是指一種光學攝像鏡頭。

近年來，手機和數位相機等攜帶型電子產品的普及使得影像模組相關技術蓬勃發展，該影像模組主要包含光學攝像鏡頭、模組後座單元(module holder unit)與感測器(sensor)等元件，而手機和數位相機的薄型輕巧化趨勢也讓影像模組的小型化需求愈來愈高，隨著感光耦合元件(Charge Coupled Device，簡稱為CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，簡稱為CMOS)之技術進步和尺寸縮小化，裝載在影像模組中的光學攝像鏡頭也需要相應地縮短長度，但是為了避免攝影效果與品質下降，在縮短光學攝像鏡頭的長度時仍然要兼顧良好的光學性能。

另外，上述感光耦合元件或互補性氧化金屬半導體元件藉由像素縮小化，讓同一個面積下可以達到更高的畫素，但像素愈小會導致系統入光量降低，使得雜訊增加，影響影像品質。故鏡頭須提升進光量，降低雜訊產生，以保持影像品質。

因此如何製作出符合上述需求的光學攝像鏡頭，並持續提升其成像品質，長久以來一直是本領域產、官、學界所熱切追求的目標。

本發明之目的，即在提供一種廣角大光圈的攝像鏡頭，其於鏡頭系統薄型化的條件下，仍能同時具備高解像力與高製造性。

本發明光學攝像鏡頭，從物側至像側沿一光軸依序包含一第一透鏡、一光圈、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡，及一第六透鏡，且該第一透鏡至該第六透鏡分別包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。

該第二透鏡具有負屈光力，其像側面為凹面。該第四透鏡具有正屈光力。該第五透鏡具有正屈光力。該第六透鏡的像側面為凹面。

其中，該光學攝像鏡頭具有屈光力的透鏡只有六片。該第四透鏡的物側面的曲率半徑為R7，該第四透鏡的像側面的曲率半徑為R8，並滿足-14.97<R7/R8<-0.12。

藉由上述說明，本發明光學攝像鏡頭可有效修正鏡頭的系統像差與瞳差，且在縮短鏡頭的系統長度同時能保持高入光量。

10‧‧‧光學攝像鏡頭

2‧‧‧光圈

3‧‧‧第一透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

4‧‧‧第二透鏡

41‧‧‧物側面

42‧‧‧像側面

5‧‧‧第三透鏡

51‧‧‧物側面

52‧‧‧像側面

6‧‧‧第四透鏡

61‧‧‧物側面

62‧‧‧像側面

7‧‧‧第五透鏡

71‧‧‧物側面

72‧‧‧像側面

8‧‧‧第六透鏡

81‧‧‧物側面

82‧‧‧像側面

9‧‧‧濾光片

91‧‧‧物側面

92‧‧‧像側面

100‧‧‧成像面

I‧‧‧光軸

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第一實施例；圖2是該第一實施例的各項像差圖；圖3是一表格圖，說明該第一實施例的光學數據；圖4是一表格圖，說明該第一實施例的各透鏡的非球面係數；圖5是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第二實施例；圖6是該第二實施例的各項像差圖；圖7是一表格圖，說明該第二實施例的光學數據；圖8是一表格圖，說明該第二實施例的各透鏡的非球面係數；圖9是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第三實施例；圖10是該第三實施例的各項像差圖；圖11是一表格圖，說明該第三實施例的光學數據；圖12是一表格圖，說明該第三實施例的各透鏡的非球面係數；圖13是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第四實施例；圖14是該第四實施例的各項像差圖；圖15是一表格圖，說明該第四實施例的光學數據；圖16是一表格圖，說明該第四實施例的各透鏡的非球面係數；圖17是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第五實施例；圖18是該第五實施例的各項像差圖；圖19是一表格圖，說明該第五實施例的光學數據；圖20是一表格圖，說明該第五實施例的各透鏡的非球面係數；圖21是一配置示意圖，說明本發明光學攝像鏡頭的一第六實施例；圖22是該第六實施例的各項像差圖；圖23是一表格圖，說明該第六實施例的光學數據；圖24是一表格圖，說明該第六實施例的各透鏡的非球面係數；及圖25是一表格圖，說明該光學攝像鏡頭的該第一實施例至該第六實施例的光學參數關係。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明光學攝像鏡頭10之第一實施例，從物側至像側沿光軸I依序包含一第一透鏡3、一光圈2、一第二透鏡4、一第三透鏡5、一第四透鏡6、一第五透鏡7、一第六透鏡8，及一濾光片9。當光線進入該光學攝像鏡頭10，並經由該第一透鏡3、該光圈2、該第二透鏡4、該第三透鏡5、該第四透鏡6、該第五透鏡7、該第六透鏡8，及該濾光片9之後，會在成像面100(Image Plane)形成一影像。該濾光片9為紅外線濾光片(IR Cut Filter)，用於防止紅外光線透射至該成像面100而影響成像品質。

其中，該第一透鏡3、該第二透鏡4、該第三透鏡5、該第四透鏡6、該第五透鏡7、該第六透鏡8，及該濾光片9都分別具有一朝向物側且使成像光線通過之物側面31、41、51、61、71、81、91，及一朝向像側且使成像光線通過之像側面32、42、52、62、72、82、92。補充說明的是，物側是朝向該待拍攝物的一側，而像側是朝向該成像面100的一側。其中，該等物側面31、41、51、61、71、81與該等像側面32、42、52、62、72、82皆為非球面。

此外，為了滿足產品輕量化的需求，該第一透鏡3至該第六透鏡8皆為具備屈光力且都是塑膠材質所製成，但其材質仍不以此為限制。

以下透鏡的物側面在光軸I附近區域若凹向物側則稱為凹面，若凹向像側則稱為凸面，透鏡的像側面在光軸I附近區域若凹向物側則稱為凸面，若凹向像側則稱為凹面。

該第一透鏡3具有正屈光力。該第一透鏡3的物側面31為凸面，該第一透鏡3的像側面32為凸面。

該第二透鏡4具有負屈光力。該第二透鏡4的物側面41為凸面，該第二透鏡4的像側面42為凹面。

該第三透鏡5具有負屈光力，該第三透鏡5的物側面51為凸面，該第三透鏡5的像側面52為凹面。

該第四透鏡6具有正屈光力。該第四透鏡6的物側面61為凸面，該第四透鏡6的像側面62為凸面。

該第五透鏡7具有正屈光力。該第五透鏡7的物側面71為凸面，且具有一反曲點，該第五透鏡7的像側面72為凸面。

該第六透鏡8具有負屈光力。該第六透鏡8的物側面81為凹面，該第六透鏡8的像側面82為凹面，且具有一反曲點。

在本第一實施例中，只有上述透鏡具有屈光力。

該第一實施例的其他詳細光學數據如圖3所示，且該第一實施例的整體系統焦距(effective focal length，簡稱EFL)為4.57mm，半視角(half field of view，簡稱HFOV)為33°、光圈值(Fno)為2.4，其系統長度為5.5mm。其中，該系統長度是指由該第一透鏡3的該物側面31到該成像面100在光軸I上之間的距離。

此外，本發明的非球面面型變化是依下列公式定義：

其中：Y：非球面曲線上的點與光軸I的距離；Z：非球面之深度(非球面上距離光軸I為Y的點，與相切於非球面光軸I上頂點之切面，兩者間的垂直距離)；R：透鏡表面的曲率半徑；K：錐面係數(conic constant)； a _2i：第2i階非球面係數。

該第一透鏡3的物側面31到第六透鏡8的像側面82在公式(1)中的各項非球面係數如圖4所示。其中，圖4中欄位編號31表示其為第一透鏡3的物側面31的非球面係數，其它欄位依此類推。

另外，該第一實施例中各重要參數間的關係如以下所示：f1/f=0.641，| f2/f1 |=1.515，| f3/f4 |=2.908，R7/R8=-0.716，R10/R11=1.105，T4/T6=3.000，T5/T6=3.440，D56/BFL=0.287，SD/TD=0.845。

其中，f1為該第一透鏡3的焦距；f2為該第二透鏡4的焦距；f3為該第三透鏡5的焦距；f4為該第四透鏡6的焦距；f為該光學攝像鏡頭10的系統焦距；R7為該第四透鏡6的物側面61的曲率半徑；R8為該第四透鏡6的像側面62的曲率半徑；R10為該第五透鏡7的像側面72的曲率半徑；R11為該第六透鏡8的物側面81的曲率半徑；T4為該第四透鏡6在光軸I上的厚度；T5為該第五透鏡7在光軸I上的厚度；T6為該第六透鏡8在光軸I上的厚度；D56為該第五透鏡7與該第六透鏡8之間在光軸I上的空氣間隙；BFL為該第六透鏡8的像側面82到該成像面100在光軸I上的距離；SD為該光圈2至該第六透鏡8的像側面82在光軸I上的距離；及TD為該第一透鏡3的物側面31至該第六透鏡8的像側面82在光軸I上的距離。

再配合參閱圖2，(a)的圖式說明該第一實施例在成像面100上的縱向色差與球差(longitudinal chromatic aberration and spherical aberration)，(b)的圖式則說明該第一實施例在成像面100上有關弧矢(sagittal)方向及子午(tangential)方向的像散像差(astigmatism aberration)，(c)的圖式則說明該第一實施例在成像面100上的橫向色差(lateral chromatic aberration)，(d)的圖式則說明該第一實施例在成像面100上的畸變像差(distortion aberration)。本第一實施例的縱向色差與球差圖示圖2(a)中，每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明軸上每一種波長的光線皆集中在成像點附近，由曲線的偏斜幅度可看出，軸上的成像點偏差控制在±0.005mm範圍內，故本實施例確實明顯改善球差，此外，三種代表波長彼此間的距離也相當接近，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，即軸上色像差也獲得明顯改善。

在圖2(b)的像散像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±0.01mm範圍內，說明本第一實施例的光學系統能有效減輕像散。在圖2(c)的橫向色差圖式中，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，離軸光線的主光線偏差均控制在±1μm範圍內，說明本第一實施例的橫向色差已符合光學系統的成像品質要求。而圖2(d)的畸變像差圖式則顯示本第一實施例的畸變像差維持在±1%的範圍內，說明本第一實施例的畸變像差也已符合光學系統的成像品質要求，據此說明本第一實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至5.5mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質，故本第一實施例能在維持良好光學性能之條件下，縮短鏡頭長度以及擴大拍攝角度，以實現更加薄型化的產品設計。

參閱圖5，為本發明光學攝像鏡頭10的一第二實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及該等透鏡3、4、5、6、7、8間的參數或多或少有些不同，及該第二透鏡4的物側面41及像側面42皆為凹面，該第三透鏡5具有正屈光力，該第五透鏡7的物側面71為凹面。

其詳細的光學數據如圖7所示，且該第二實施例的整體系統焦距為4.47mm，半視角(HFOV)為33°、光圈值(Fno)為2.4，系統長度則為5.48mm。

圖8則為該第二實施例的第一透鏡3的物側面31到第六透鏡8的像側面82的各項非球面係數。

另外，該第二實施例之該光學攝像鏡頭10中各重要參數間的關係如以下所示： f1/f=0.593，| f2/f1 |=1.121，| f3/f4 |=3.371，R7/R8=-2.333，R10/R11=1.188，T4/T6=4.080，T5/T6=1.680，D56/BFL=0.183，SD/TD=0.841。

配合參閱圖6，由(a)的縱向色差與球差、(b)的像散像差、(c)的橫向色差，以及(d)的畸變像差圖式可看出本第二實施例也能維持良好光學性能。

參閱圖9，為本發明光學攝像鏡頭10的一第三實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及該等透鏡3、4、5、6、7、8間的參數或多或少有些不同，及該第二透鏡4的物側面41及像側面42皆為凹面，該第三透鏡5具有正屈光力，且其物側面51為凹面及其像側面52為凸面，該第五透鏡7的物側面71為凹面。

其詳細的光學數據如圖11所示，且本第三實施例的整體系統焦距為4.65mm，半視角(HFOV)為31.5°、光圈值(Fno)為2.35，系統長度則為5.5mm。

圖12則為該第三實施例的第一透鏡3的物側面31到第六透鏡8的像側面82的各項非球面係數。

另外，該第三實施例之該光學攝像鏡頭10中各重要參數間的關係如以下所示：f1/f=0.596，| f2/f1 |=1.245，| f3/f4 |=1.911，R7/R8=-2.620，R10/R11=1.286，T4/T6=2.480，T5/T6=3.680，D56/BFL=0.127，SD/TD=0.835。

配合參閱圖10，由(a)的縱向色差與球差、(b)的像散像差、(c)的橫向色差，以及(d)的畸變像差圖式可看出本第三實施例也能維持良好光學性能。

參閱圖13，為本發明光學攝像鏡頭10的一第四實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及該等透鏡3、4、5、6、7、8間的參數或多或少有些不同，及該第二透鏡4的物側面41及像側面42皆為凹面，該第三透鏡5具有正屈光力，且其物側面51為凹面及其像側面52為凸面，該第五透鏡7的物側面71為凹面。

其詳細的光學數據如圖15所示，且本第四實施例的整體系統焦距為4.65mm，半視角(HFOV)為31.8°、光圈值(Fno)為2.35，其系統長度為5.4mm。

圖16則為該第四實施例的第一透鏡3的物側面31到第六透鏡8的像側面82的各項非球面係數。

另外，該第四實施例之該光學攝像鏡頭10中各重要參數間的關係如以下所示：f1/f=0.578，| f2/f1 |=1.230，| f3/f4 |=0.950，R7/R8=-13.607，R10/R11=1.25，T4/T6=2.160，T5/T6=3.240，D56/BFL=0.167，SD/TD=0.813。

配合參閱圖14，由(a)的縱向色差與球差、(b)的像散像差、(c)的橫向色差，以及(d)的畸變像差圖式可看出本第四實施例也能維持良好光學性能。

參閱圖17，為本發明光學攝像鏡頭10的一第五實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及該等透鏡3、4、5、6、7、8間的參數或多或少有些不同，及該第三透鏡5的物側面51及像側面52皆為凹面。

其詳細的光學數據如圖19所示，且本第五實施例的整體系統焦距為4.50mm，半視角(HFOV)為33°、光圈值(Fno)為2.42，其系統長度為5.5mm。

圖20則為該第五實施例的第一透鏡3的物側面31到第六透鏡8的像側面82的各項非球面係數。

另外，該第五實施例之該光學攝像鏡頭10中各重要參數間的關係如以下所示：f1/f=0.656，| f2/f1 |=2.251，| f3/f4 |=1.219，R7/R8=-9.200，R10/R11=1.111，T4/T6=3.880，T5/T6=3.640，D56/BFL=0.307，SD/TD=0.819。

配合參閱圖18，由(a)的縱向色差與球差、(b)的像散像差、(c)的橫向色差，以及(d)的畸變像差圖式可看出本第五實施例也能維持良好光學性能。

參閱圖21，為本發明光學攝像鏡頭10的一第六實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及該等透鏡3、4、5、6、7、8間的參數或多或少有些不同，及該第二透鏡4的物側面41及像側面42皆為凹面，該第三透鏡5具有正屈光力，該第五透鏡7的物側面71為凹面。

其詳細的光學數據如圖23所示，且本第六實施例的整體系統焦距為4.47mm，半視角(HFOV)為33°、光圈值(Fno)為2.3，其系統長度為5.4mm。

圖24則為該第六實施例的第一透鏡3的物側面 31到第六透鏡8的像側面82的各項非球面係數。

另外，該第六實施例之該光學攝像鏡頭10中各重要參數間的關係如以下所示：f1/f=0.588，| f2/f1 |=1046，| f3/f4 |=2.389，R7/R8=-0.130，R10/R11=1.063，T4/T6=2.914，T5/T6=1.571，D56/BFL=0.154，SD/TD=0.826。

配合參閱圖22，由(a)的縱向色差與球差、(b)的像散像差、(c)的橫向色差，以及(d)的畸變像差圖式可看出本第六實施例也能維持良好光學性能。

再配合參閱圖25，為上述六個實施例的各項光學參數關係的表格圖，當本發明光學攝像鏡頭10中的各項光學參數間的關係式滿足下列條件式時，在系統長度縮短的情形下，仍然會有較佳的光學性能表現，使本發明應用於相關可攜式電子裝置時，能製出更加薄型化的產品：

(一)滿足0.52<f1/f<0.72時，則可在廣角光學特性與鏡頭製造性間取得較好的平衡，其中，若f1/f趨小，則可得到較佳的鏡頭製造性，若f1/f趨大，則可得到較廣的系統視場角度。

(二)滿足0.94<| f2/f1 |<2.48時，則可降低鏡頭組裝時的偏心敏感度與修正鏡頭的系統色差的功效，其中，若| f2/f1 |趨小，則鏡頭的系統色差可得到較佳的修正，若| f2/f1 |趨大，則可有效降低鏡頭的組裝偏心敏感度。

(三)滿足| f3/f4 |<3.71時，則可有效修正鏡頭的系統像散及場曲。

(四)滿足-14.97<R7/R8<-0.12時，則可修正鏡頭的系統瞳差，且在鏡頭保持高入光量的同時，可有效縮短鏡頭的系統長度，其中，若R7/R8趨小，則鏡頭的系統長度可易於縮短，若R7/R8趨大，則鏡頭可得到較高入光量。

(五)滿足0.96<R10/R11<1.41時，則可在保持良好製造性的情況下修正場曲，其中，若R10/R11趨小，則可降低偏芯敏感度，得到較高的製造良率，若R10/R11趨大，則場曲修正效果較佳。

(六)滿足1.94<T4/T6<4.49時，則可在鏡頭的系統長度與製造性間取得平衡，其中，若T4/T6趨小，則可平均鏡片的製作敏感度，使各單一部件均趨近於容易製造，若T4/T6趨大，則可有效縮短鏡頭的系統長度，利於薄型化。

(七)滿足1.41<T5/T6<4.05時，則可在鏡頭薄型化的前提下具有較穩定的製造良率，其中，若T5/T6趨小，可使得鏡片有較佳的成型性，製造精度較穩定，若T5/T6趨大，則鏡頭的系統長度可有效縮短。

(八)滿足0.73<SD/TD<0.93時，則可使鏡頭兼具高效能與高製造良率，其中，若SD/TD趨小，則可降低鏡頭中最敏感鏡片的偏芯感度，使得鏡頭整體良率得到有效控制，若SD/TD趨大，可增加視場角，且可有效修正系統慧差。

然而，有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的架構之下，符合上述條件式能較佳地使本發明光學攝像鏡頭10的長度縮短、入光量提高(光圈值縮小)、視場角增加、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。

歸納上述，本發明光學攝像鏡頭10，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：藉由該第一透鏡3具有正屈光力，主要提供該光學攝像鏡頭10所需的屈光力；該光圈2設置於該第一透鏡3與該第二透鏡4間，可在鏡頭的製造性與入射於一設置在成像面100上的感測器的角度間取得較佳平衡；該第二透鏡4為負屈光力；該第三透鏡5具非球面的特性，可更佳地修正鏡頭在廣角大光圈的光學系統容易發生的像散問題，進而使得鏡頭易於達到大光圈的效果；該第四透鏡6具有正屈光力，再配合第三透鏡5的焦距滿足| f3/f4 |<3.71條件下，能有效修正鏡頭的系統像散及場曲；該第五透鏡7具有正屈光力，可有效縮短鏡頭的系統長度，且具有反曲點711的物側面71的面型設計，可有效修正鏡頭在大光圈的光學特性所產生的系統慧差；該第六透鏡8可調整入射該感測器的光線角度，達到最大的集光效果，降低感測器產生雜訊的機會，以提升整體的影像品質，且其物側面81為凹向物側的凹面，則可較佳地修正軸上色差，以提升鏡頭中心影像品質。

由前述六個實施例的說明，顯示本發明光學攝像鏡頭10的設計，其該等實施例的系統長度皆可以縮短到 5.5mm以下，相較於現有的光學攝像鏡頭，應用本發明的鏡頭能製造出更薄型化的產品，使本發明具有符合市場需求的經濟效益。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。