TWI604217B - 光學成像鏡頭 - Google Patents

Description

光學成像鏡頭

本發明是有關於一種光學鏡頭，且特別是有關於一種光學成像鏡頭。

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，此影像模組主要包含光學成像鏡頭、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。隨著電荷耦合元件（charge coupled device, CCD）與互補式金屬氧化物半導體元件（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）之技術進步和尺寸縮小化，裝載在影像模組中的光學成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，在縮短光學成像鏡頭的長度時仍然要兼顧良好的光學性能。光學成像鏡頭最重要的特性不外乎就是成像品質與體積。

另一方面，可攜式電子產品（例如手機、相機、平板電腦、個人數位助理、車用攝影裝置等）的規格日新月異，其關鍵零組件─光學成像鏡頭也更加多樣化發展。此外，在近來快速發展的虛擬實境（virtual reality, VR）裝置追蹤系統的應用中，除了需要設計出具有良好且穩定光學性質的光學成像鏡頭規格，光學成像鏡頭具備寬廣的視場角度也是一發展重點。

以四片式透鏡結構而言，如何製作出符合消費性電子產品需求的光學成像鏡頭，其成像品質良好並具備優異視場角度以及較短的鏡頭長度，長久以來一直是本領域產、官、學界所熱切追求的。

本發明提供一種光學成像鏡頭，其具有較大的視場角，且其在縮短鏡頭系統長度的條件下，具有良好且穩定的光學性能。

本發明的一實施例提出一種光學成像鏡頭，從物側至像側沿光軸依序包括第一透鏡、第二透鏡、光圈、第三透鏡及第四透鏡，且第一透鏡至第四透鏡各自包括朝向物側且使成像光線通過的物側面及朝向像側且使成像光線通過的像側面。第一透鏡具有負屈光率。第二透鏡的物側面具有位於光軸附近區域的凹面部，且第四透鏡的像側面具有位於圓周附近區域的凸面部。光學成像鏡頭只有四個具有屈光率的透鏡，且光學成像鏡頭符合：ALT/(G12+G34)≦2.4。其中，ALT為第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡這四個透鏡在光軸上的厚度總和。G12為第一透鏡到第二透鏡在光軸上的空氣間隙，且G34為第三透鏡到第四透鏡在光軸上的空氣間隙。

基於上述，本發明的實施例的光學成像鏡頭的有益效果在於：在第一透鏡具有負屈光率且光圈位於第二透鏡以及第三透鏡之間的情況下，光學成像鏡頭的視場角得以擴大。另外，第二透鏡的物側面具有位於光軸附近區域的凹面部，且第四透鏡的像側面具有位於圓周附近區域的凸面部。基於以上設計，光學成像鏡頭的系統像差、場曲像差以及畸變像差得以減少，光學成像鏡頭具有良好的光學性能，並且能提供良好的成像品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

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。

圖6為本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的示意圖，而圖7A至圖7D為第一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖6，本發明的第一實施例之光學成像鏡頭10從物側至像側沿光學成像鏡頭10的一光軸I依序包含一第一透鏡3、一第二透鏡4、一光圈2、一第三透鏡5、一第四透鏡6及一保護玻璃9。當由一待拍攝物所發出的光線進入光學成像鏡頭10，並經由第一透鏡3、第二透鏡4、光圈2、第三透鏡5、第四透鏡6及保護玻璃9之後，會在一成像面100（image plane）形成一影像。補充說明的是，物側是朝向待拍攝物的一側，而像側是朝向成像面100的一側。

第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5、第四透鏡6及保護玻璃9都各自具有一朝向物側且使成像光線通過之物側面31、41、51、61、91及一朝向像側且使成像光線通過之像側面32、42、52、62、92。

在本實施例中，第一透鏡3至第四透鏡6皆具備屈光率。此外，第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6由塑膠材質所製成，且第三透鏡5由玻璃所製成。由於第三透鏡5由玻璃所製成，光學成像鏡頭10的成像品質有較佳的熱穩定性。然而，第一透鏡3至第四透鏡6的材質仍不以此為限制。

第一透鏡3具有負屈光率。第一透鏡3的物側面31為一凸面，且具有一位於光軸I附近區域的凸面部311及一位於圓周附近區域的凸面部312。第一透鏡3的像側面32為一凹面，且具有一位於光軸I附近區域的凹面部321及一位於圓周附近區域的凹面部322。在本實施例中，第一透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面。

第二透鏡4具有正屈光率。第二透鏡4的物側面41為一凹面，且具有一位於光軸I附近區域的凹面部411及一位於圓周附近區域的凹面部412。第二透鏡4的像側面42為一凸面，且具有一在光軸I附近區域的凸面部421及一位於圓周附近區域的凸面部422。在本實施例中，第二透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面。

第三透鏡5具有正屈光率。第三透鏡5的物側面51為一凸面，且具有一位於光軸I附近區域的凸面部511及一位於圓周附近區域的凸面部512。第三透鏡5的像側面52為一凸面，且具有一位於光軸I附近區域的凸面部521及一位於圓周附近區域的凸面部522。在本實施例中，第三透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面。

第四透鏡6具有負屈光率。第四透鏡6的物側面61為一凹面，且具有一位於光軸I附近區域的凹面部611及一位於圓周附近區域的凹面部612。第四透鏡6的像側面62具有一位於光軸I附近區域的凹面部621及一位於圓周附近區域的凸面部622。在本實施例中，第四透鏡6的物側面61與像側面62皆為非球面。

第一實施例的其他詳細光學數據如圖8所示，且第一實施例的整體系統焦距（effective focal length, EFL)為1.861 mm，半視角（half field of view, HFOV）為73.000∘，光圈值（f-number, Fno）為2.80，其系統長度為10.817 mm。其中，系統長度是指由第一透鏡3的物側面31到成像面100在光軸I上的距離。

此外，在本實施例中，第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5以及第四透鏡6的物側面31、41、51、61及像側面32、42、52、62共計八個面均是非球面，而這些非球面是依下列公式定義：-----------(1) 其中： Ｒ:透鏡表面近光軸I處的曲率半徑； 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)； Y：非球面曲線上的點與光軸I的距離； K：錐面係數(conic constant)；：第2i階非球面係數。

第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數如圖9所示。其中，圖9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，第一實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖50所示。 其中， T1為第一透鏡3在光軸I上的厚度； T2為第二透鏡4在光軸I上的厚度； T3為第三透鏡5在光軸I上的厚度； T4為第四透鏡6在光軸I上的厚度； G12為第一透鏡3到第二透鏡4在光軸I上的空氣間隙； G23為第二透鏡4到第三透鏡5在光軸I上的空氣間隙； G34為第三透鏡5到第四透鏡6在光軸I上的空氣間隙； AAG為第一透鏡3到第四透鏡6在光軸I上的三個空氣間隙總和； ALT為第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5以及第四透鏡6這四個透鏡在光軸I上的厚度總和； EFL為光學成像鏡頭10的系統焦距； BFL為第四透鏡6的像側面62到成像面100在光軸I上的距離；及 TTL為第一透鏡3的物側面31到光學成像鏡頭10的成像面100在光軸I上的距離； 另外，再定義： V1為第一透鏡3的阿貝係數； V2為第二透鏡4的阿貝係數； V3為第三透鏡5的阿貝係數； V4為第四透鏡6的阿貝係數； G4F為第四透鏡6到保護玻璃9在光軸I上的空氣間隙； GFP為保護玻璃9到成像面100在光軸I上的空氣間隙；及 TF為保護玻璃9在光軸I上的厚度；

再配合參閱圖7A至圖7D，圖7A的圖式說明第一實施例的縱向球差(longitudinal spherical aberration)，圖7B與圖7C的圖式則分別說明第一實施例在成像面100上有關弧矢(sagittal)方向的場曲(field curvature)像差及子午(tangential)方向的場曲像差，圖7D的圖式則說明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球差圖示圖7A是在光瞳半徑（pupil radius）為0.3323 mm時所模擬的。另外，本第一實施例的縱向球差圖示圖7A中，每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±4.0 µm範圍內，故本實施例確實明顯改善相同波長的球差，此外，830 nm、850 nm以及870 nm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，因而使色像差也獲得明顯改善。

在圖7B與圖7C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±20 µm內，說明本第一實施例的光學系統能有效消除像差。而圖7D的畸變像差圖式則顯示本第一實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內，說明本第一實施例的畸變像差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10.817 mm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，以實現薄型化並增加視場角的產品設計。

圖10為本發明的第二實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖11A至圖11D為第二實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖10，本發明光學成像鏡頭10的一第二實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖10中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖12所示，且第二實施例的整體系統焦距為1.803 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為11.073 mm。

如圖13所示，則為第二實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第二實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖50所示。

本第二實施例的縱向球差圖示圖11A是在光瞳半徑為0.3219 mm時所模擬的。本第二實施例的縱向球差圖示圖11A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±4.5 µm範圍內。在圖11B與圖11C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±16 µm內。而圖11D的畸變像差圖式則顯示本第二實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第二實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至11.073 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第二實施例相較於第一實施例的優點在於：第二實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍。另外，第二實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖14為本發明的第三實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖15A至圖15D為第三實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖14，本發明光學成像鏡頭10的一第三實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖14中省略與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖16所示，且第三實施例的整體系統焦距為1.698 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.895 mm。

在第三實施例中，第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62均是非球面，而第三透鏡5的物側面51及像側面52為球面。如圖17所示，則為第三實施例的第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第三實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖50所示。

本第三實施例的縱向球差圖示圖15A是在光瞳半徑為0.3033 mm時所模擬的。本第三實施例的縱向球差圖示圖15A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±5.0 µm範圍內。在圖15B與圖15C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±16 µm內。而圖15D的畸變像差圖式則顯示本第三實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第三實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.895 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第三實施例相較於第一實施例的優點在於：第三實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍。另外，第三實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖18為本發明的第四實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖19A至圖19D為第四實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖18，本發明光學成像鏡頭10的一第四實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖18中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖20所示，且第四實施例的整體系統焦距為1.827 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為11.458 mm。

如圖21所示，則為第四實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第四實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖50所示。

本第四實施例的縱向球差圖示圖19A是在光瞳半徑為0.3262 mm時所模擬的。本第四實施例的縱向球差圖示圖19A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±5.0 µm範圍內。在圖19B與圖19C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±20 µm內。而圖19D的畸變像差圖式則顯示本第四實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第四實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至11.458 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第四實施例相較於第一實施例的優點在於：第四實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖22為本發明的第五實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖23A至圖23D為第五實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖22，本發明光學成像鏡頭10的一第五實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖22中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖24所示，且第五實施例的整體系統焦距為1.843 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.795 mm。

如圖25所示，則為第五實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第五實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖50所示。

本第五實施例的縱向球差圖示圖23A是在光瞳半徑為0.3291 mm時所模擬的。本第五實施例的縱向球差圖示圖23A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±5.0 µm範圍內。在圖23B與圖23C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±20 µm內。而圖23D的畸變像差圖式則顯示本第五實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第五實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.795 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第五實施例相較於第一實施例的優點在於：第五實施例的鏡頭長度（系統長度）小於第一實施例。另外，第五實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖26為本發明的第六實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖27A至圖27D為第六實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖26，本發明光學成像鏡頭10的一第六實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖26中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖28所示，且第六實施例的整體系統焦距為1.883 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為9.371 mm。

如圖29所示，則為第六實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第六實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第六實施例的縱向球差圖示圖27A是在光瞳半徑為0.3362 mm時所模擬的。本第六實施例的縱向球差圖示圖27A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±4.5 µm範圍內。在圖27B與圖27C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±20 µm內。而圖27D的畸變像差圖式則顯示本第六實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第六實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至9.371 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第六實施例相較於第一實施例的優點在於：第六實施例的鏡頭長度（系統長度）小於第一實施例。另外，第六實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖30為本發明的第七實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖31A至圖31D為第七實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖30，本發明光學成像鏡頭10的一第七實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖30中省略與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖32所示，且第七實施例的整體系統焦距為1.845 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.679 mm。

在第七實施例中，第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62均是非球面，而第三透鏡5的物側面51及像側面52為球面。如圖33所示，則為第七實施例的第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第七實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第七實施例的縱向球差圖示圖31A是在光瞳半徑為0.3295 mm時所模擬的。本第七實施例的縱向球差圖示圖31A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±5.0 µm範圍內。在圖31B與圖31C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±16 µm內。而圖31D的畸變像差圖式則顯示本第七實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第七實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.679 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第七實施例相較於第一實施例的優點在於：第七實施例的鏡頭長度（系統長度）小於第一實施例。另外，第七實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍，且第七實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖34為本發明的第八實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖35A至圖35D為第八實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖34，本發明光學成像鏡頭10的一第八實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖34中省略與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖36所示，且第八實施例的整體系統焦距為1.773 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為11.048 mm。

在第八實施例中，第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62均是非球面，而第三透鏡5的物側面51及像側面52為球面。如圖37所示，則為第八實施例的第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第八實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第八實施例的縱向球差圖示圖35A是在光瞳半徑為0.3166 mm時所模擬的。本第八實施例的縱向球差圖示圖35A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±5.0 µm範圍內。在圖35B與圖35C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±12 µm內。而圖35D的畸變像差圖式則顯示本第八實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第八實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至11.048 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第八實施例相較於第一實施例的優點在於：第八實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍，且第八實施例在子午方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在子午方向上的場曲像差的範圍。另外，第八實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖38為本發明的第九實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖39A至圖39D為第九實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖38，本發明光學成像鏡頭10的一第九實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖38中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖40所示，且第九實施例的整體系統焦距為1.880 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.910 mm。

如圖41所示，則為第九實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第九實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第九實施例的縱向球差圖示圖39A是在光瞳半徑為0.3356 mm時所模擬的。本第九實施例的縱向球差圖示圖39A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±4.5 µm範圍內。在圖39B與圖39C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±16 µm內。而圖39D的畸變像差圖式則顯示本第九實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第九實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.910 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第九實施例相較於第一實施例的優點在於：第九實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍小於第一實施例在弧矢方向上的場曲像差的範圍。另外，第九實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖42為本發明的第十實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖43A至圖43D為第十實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖42，本發明光學成像鏡頭10的一第十實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖42中省略部分與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖44所示，且第十實施例的整體系統焦距為1.868 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.377 mm。

如圖45所示，則為第十實施例的第一透鏡3的物側面31到第四透鏡6的像側面62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第十實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第十實施例的縱向球差圖示圖43A是在光瞳半徑為0.3336 mm時所模擬的。本第十實施例的縱向球差圖示圖43A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±3.0 µm範圍內。在圖43B與圖43C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±30 µm內。而圖43D的畸變像差圖式則顯示本第十實施例的畸變像差維持在±70%的範圍內。據此說明本第十實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.377 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第十實施例相較於第一實施例的優點在於：第十實施例的鏡頭長度（系統長度）小於第一實施例，且第十實施例的縱向球差的範圍小於第一實施例的縱向球差的範圍。另外，第十實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

圖46為本發明的第十一實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖47A至圖47D為第十一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖46，本發明光學成像鏡頭10的一第十一實施例，其與第一實施例大致相似，僅各光學數據、非球面係數及這些透鏡3、4、5、6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖46中省略與第一實施例相同的凹面部與凸面部的標號。

光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖48所示，且第十一實施例的整體系統焦距為2.512 mm，半視角(HFOV)為73.000∘，光圈值(Fno)為2.80，系統長度為10.243 mm。

在第十一實施例中，第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62均是非球面，而第三透鏡5的物側面51及像側面52為球面。如圖49所示，則為第十一實施例的第一透鏡3、第二透鏡4以及第四透鏡6的物側面31、41、61及像側面32、42、62在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第十一實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖51所示。

本第十一實施例的縱向球差圖示圖47A是在光瞳半徑為0.4486 mm時所模擬的。本第十一實施例的縱向球差圖示圖47A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±12 µm範圍內。在圖47B與圖47C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±30 µm內。而圖47D的畸變像差圖式則顯示本第十一實施例的畸變像差維持在±80%的範圍內。據此說明本第十一實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至10.243 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第十一實施例相較於第一實施例的優點在於：第十一實施例的鏡頭長度（系統長度）小於第一實施例。另外，第十一實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

再配合參閱圖50至圖51。圖50為上述第一實施例至第五實施例的各項光學參數的表格圖，且圖51為上述第六實施例至第十一實施例的各項光學參數的表格圖。當本發明的實施例的光學成像鏡頭10中的各項光學參數間的關係式符合下列條件式的至少其中之一時，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：

一、在第一透鏡具有負屈光率且光圈位於第二透鏡以及第三透鏡之間的情況下，光學成像鏡頭的視場角得以擴大。另外，第二透鏡面對物側的物側面具有位於光軸附近區域的凹面部，且第四透鏡面對像側的像側面具有位於圓周附近區域的凸面部。基於以上設計，光學成像鏡頭的系統像差、場曲像差以及畸變像差得以減少，光學成像鏡頭具有良好且穩定的光學性能，並且能在縮短鏡頭系統長度的條件下，提供良好的成像品質。

此外，當第二透鏡面對像側的像側面具有位於圓周附近區域的凸面部時，則光學成像鏡頭的配置更為優化。

在本發明的實施例中，光學成像鏡頭只有四個具有屈光率的透鏡。為了達成縮短透鏡系統長度，本發明的實施例適當的縮短透鏡厚度和透鏡間的空氣間隙，但考量到透鏡組裝過程的難易度以及必須兼顧成像品質的前提下，透鏡厚度及透鏡間的空氣間隙彼此需互相調配，使各透鏡的厚度與間隔維持一適當值，避免任一參數過大而不利於光學成像鏡頭10整體之薄型化，或是避免任一參數過小而影響組裝或是提高製造上之困難度，故在滿足以下條件式的數值限定之下，光學成像系統能達到較佳的配置，使得光學成像鏡頭10兼具較短的鏡頭系統長度以及良好的成像品質： ALT/(G12+G34)≦2.4，較佳為0.9≦ALT/(G12+G34)≦2.4； T2/G34≦5.5，較佳為1.0≦T2/G34≦5.5； TTL/(G34+T4)≦10.0，較佳為4.0≦TTL/(G34+T4)≦10.0； (G12+G23)/T2≦3.2，較佳為1.0≦(G12+G23)/T2≦3.2； ALT/(T1+T4)≧3.0，較佳為3.0≦ALT/(T1+T4)≦6.5； (T2+T3)/G23≧3.0，較佳為3.0≦(T2+T3)/G23≦27.0； AAG/T1≧5.0，較佳為5.0≦AAG/T1≦11.0； (T3+T4)/G34≦9.0，較佳為0.8≦(T3+T4)/G34≦9.0； AAG/G23≧3.4，較佳為3.4≦AAG/G23≦15.0； T3/T1≧2.2，較佳為2.2≦T3/T1≦7.2； (T1+T2)/G23≧2.5，較佳為2.5≦(T1+T2)/G23≦14.0； T2/T1≧2.2，較佳為2.2≦T2/T1≦6.5； ALT/T1≧6.0，較佳為6.0≦ALT/T1≦15.1；

以上設計是考量製程難易程度的情況下所作的調整。基於以上設計，光學成像鏡頭的製程難度可以降低，因此其具有高製程良率。

二、在利用縮短光學成像鏡頭的空氣間隙的手段將鏡頭系統長度縮短的過程中，光學成像鏡頭的系統焦距也會隨之所短，因此當滿足以下條件式的數值限定，光學成像鏡頭的製程難度不會過度增加，且光學成像鏡頭得以實現較佳配置。 EFL/G34≦7.5，較佳為1.0≦EFL/G34≦7.5； EFL/T1≧2.5，較佳為2.5≦EFL/T1≦4.5；

然而，有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的實施例的架構之下，符合上述條件式能較佳地使本發明鏡頭長度縮短、可用光圈增大、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。

此外，關於前述所列之示例性限定關係式，亦可任意選擇性地合併不等數量施用於本發明之實施態樣中，並不限於此。在實施本發明時，除了前述關係式之外，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，以加強對系統性能及／或解析度的控制，舉例來說，第二透鏡的像側面上可選擇性地額外形成有一位於光軸附近區域的凹面部或一位於圓周附近區域的凹面部。須注意的是，此些細節需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。

綜上所述，本發明的實施例的光學成像鏡頭10可獲致下述的功效及優點：

一、本發明各實施例的縱向球差、像散像差、畸變皆符合使用規範。另外，830奈米、850奈米、870奈米三種代表波長在不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一曲線的偏斜幅度可看出不同高度的離軸光線的成像點偏差皆獲得控制而具有良好的球差、像差、畸變抑制能力。進一步參閱成像品質數據，830奈米、850奈米、870奈米三種代表波長彼此間的距離亦相當接近，顯示本發明的實施例在各種狀態下對不同波長光線的集中性佳而具有優良的色散抑制能力，故透過上述可知本發明的實施例具備良好光學性能。

二、在本發明的實施例中，光學成像鏡頭10中的第一透鏡3具有負屈光率且光圈2位於第二透鏡4以及第三透鏡5之間，使得光學成像鏡頭10的視場角擴大。另外，由於第二透鏡4面對物側的物側面41具有位於光軸I附近區域的凹面部411，且第四透鏡6面對像側的像側面62具有位於圓周附近區域的凸面部622，因此光學成像鏡頭10的系統像差、場曲像差以及畸變像差得以減少，光學成像鏡頭10具有良好的光學性能，並且能提供良好的成像品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光學成像鏡頭
100‧‧‧成像面
2‧‧‧光圈
3‧‧‧第一透鏡
31、41、51、61、91‧‧‧物側面
311、312、421、422、511、512、521、522、622‧‧‧凸面部
321、322、411、412、611、612、621‧‧‧凹面部
32、42、52、62、92‧‧‧像側面
4‧‧‧第二透鏡
5‧‧‧第三透鏡
6‧‧‧第四透鏡
9‧‧‧保護玻璃
A‧‧‧光軸附近區域
C‧‧‧圓周附近區域
E‧‧‧延伸部
I‧‧‧光軸
Lc‧‧‧主光線
Lm‧‧‧邊緣光線
M、R‧‧‧點

圖1是一示意圖，說明一透鏡的面型結構。 圖2是一示意圖，說明一透鏡的面型凹凸結構及光線焦點。 圖3是一示意圖，說明一範例一的透鏡的面型結構。 圖4是一示意圖，說明一範例二的透鏡的面型結構。 圖5是一示意圖，說明一範例三的透鏡的面型結構。 圖6為本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的示意圖。 圖7A至圖7D為第一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖8示出本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖9示出本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖10為本發明的第二實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖11A至圖11D為第二實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖12示出本發明之第二實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖13示出本發明之第二實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖14為本發明的第三實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖15A至圖15D為第三實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖16示出本發明之第三實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖17示出本發明之第三實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖18為本發明的第四實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖19A至圖19D為第四實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖20示出本發明之第四實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖21示出本發明之第四實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖22為本發明的第五實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖23A至圖23D為第五實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖24示出本發明之第五實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖25示出本發明之第五實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖26為本發明的第六實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖27A至圖27D為第六實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖28示出本發明之第六實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖29示出本發明之第六實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖30為本發明的第七實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖31A至圖31D為第七實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖32示出本發明之第七實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖33示出本發明之第七實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖34為本發明的第八實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖35A至圖35D為第八實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖36示出本發明之第八實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖37示出本發明之第八實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖38為本發明的第九實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖39A至圖39D為第九實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖40示出本發明之第九實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖41示出本發明之第九實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖42為本發明的第十實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖43A至圖43D為第十實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖44示出本發明之第十實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖45示出本發明之第十實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖46為本發明的第十一實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖47A至圖47D為第十一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖48示出本發明之第十一實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖49示出本發明之第十一實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖50示出本發明之第一至第五實施例之光學成像鏡頭的各重要參數及其關係式的數值。 圖51示出本發明之第六至第十一實施例之光學成像鏡頭的各重要參數及其關係式的數值。

10‧‧‧光學成像鏡頭

100‧‧‧成像面

2‧‧‧光圈

3‧‧‧第一透鏡

31、41、51、61、91‧‧‧物側面

311、312、421、422、511、512、521、522、622‧‧‧凸面部

321、322、411、412、611、612、621‧‧‧凹面部

32、42、52、62、92‧‧‧像側面

4‧‧‧第二透鏡

5‧‧‧第三透鏡

6‧‧‧第四透鏡

9‧‧‧保護玻璃

I‧‧‧光軸

Claims (15)

1. 一種光學成像鏡頭，從物側至像側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一光圈、一第三透鏡及一第四透鏡，且該第一透鏡至該第四透鏡各自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；該第一透鏡具有負屈光率；該第二透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凹面部；該第四透鏡的該物側面具有一位於光軸附近區域的凹面部，並且該第四透鏡的該像側面具有一位於圓周附近區域的凸面部；其中，該光學成像鏡頭只有四個具有屈光率的透鏡，且該光學成像鏡頭符合：ALT/(G12+G34)≦2.4，以及(G12+G23)/T2≦3.2，其中，ALT為該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡這四個透鏡在該光軸上的厚度總和，G12為該第一透鏡到該第二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，G23為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的空氣間隙，且T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該第二透鏡的該像側面具有一位於圓周附近區域的凸面部。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：T2/G34≦5.5。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：TTL/(G34+T4)≦10.0，其中TTL為該第一透鏡的該物側面到該光學成像鏡頭的成像面在該光軸上的距離，且T4為該第四透鏡在該光軸上的厚度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：EFL/G34≦7.5，其中EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距。
6. 如申請專利範圍第5項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：ALT/(T1+T4)≧3.0，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，且T4為該第四透鏡在該光軸上的厚度。
7. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：(T2+T3)/G23≧3.0，其中T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
8. 如申請專利範圍第7項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：AAG/T1≧5.0，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總和，且T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：(T3+T4)/G34≦9.0，其中T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度，且T4為該第四透鏡在該光軸上的厚度。
10. 如申請專利範圍第9項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：AAG/G23≧3.4，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總和。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：EFL/T1≧2.5，其中EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距，且T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
12. 如申請專利範圍第11項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：T3/T1≧2.2，其中T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
13. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：(T1+T2)/G23≧2.5，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
14. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：T2/T1≧2.2，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
15. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更符合：ALT/T1≧6.0，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。