TWI617829B

TWI617829B - 光學成像鏡頭

Info

Publication number: TWI617829B
Application number: TW106119724A
Authority: TW
Inventors: 李光云; 陳雁斌; 殷焱煊
Original assignee: 玉晶光電股份有限公司
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-03-11
Also published as: US20190271835A1; US20180348490A1; CN107450158B; US9933602B1; US20200218039A1; US10578842B2; US11237368B2; TW201805680A; US10274707B2; CN107450158A

Abstract

一種光學成像鏡頭，第一透鏡的像側面，具有位於光軸附近區域的凹面部。第二透鏡的物側面，具有位於光軸附近區域的凸面部。第三透鏡的像側面，具有位於光軸附近區域的凹面部。第五透鏡具有負屈光率，第五透鏡在光軸上的厚度大於第二透鏡在光軸上的厚度。EFL為光學鏡頭系統有效焦距、TTL為第一透鏡的物側面至成像面在光軸上的長度、ALT為第一透鏡到第五透鏡在光軸上的五個透鏡之中心厚度總和、T2為第二透鏡在光軸上的中心厚度、G34為第三透鏡與第四透鏡在光軸上的空氣間隙，並且滿足TTL/EFL≦1.000、TTL/G34≦12.000、及ALT/T2≦12.900。

Description

光學成像鏡頭

本發明大致上關於一種光學成像鏡頭。具體而言，本發明特別是指一種主要用於拍攝影像及錄影之光學成像鏡頭，並應用於可攜式電子產品，例如:手機、相機、平板電腦、或是個人數位助理（Personal Digital Assistant, PDA）中。

消費性電子產品的規格日新月異，追求輕薄短小的腳步也未曾放慢，甚至也開始加入了望遠特性的需求，因此光學鏡頭等電子產品的關鍵零組件在規格上也必須持續提升，以符合消費者的需求。而光學鏡頭最重要的特性不外乎就是成像品質與體積。其中，就成像品質而言，隨著影像感測技術之進步，消費者對於成像品質等的要求也將更加提高，因此在光學鏡頭設計領域中，除了追求鏡頭薄型化，同時也必須兼顧鏡頭成像品質及性能。

然而，光學鏡頭設計並非單純將成像品質佳的鏡頭等比例縮小就能製作出兼具成像品質與微型化的光學鏡頭，設計過程不僅牽涉到材料特性，還必須考量到製作、組裝良率等生產面的實際問題。因此，微型化鏡頭的技術難度明顯高出傳統鏡頭，故如何製作出符合消費性電子產品需求的光學鏡頭，並持續提升其成像品質，長久以來一直是本領域產、官、學界所持續精進的目標。

有鑑於此，本發明於是提出一種既能維持良好光學性能、縮短整體有效長度、技術上可行、還能加強鏡頭望遠的能力的光學成像鏡頭。本發明的五片式光學成像鏡頭，從物側至像側，在光軸上依序安排有第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡與、與第五透鏡。第一透鏡至第五透鏡各自包括朝向物側且使成像光線通過的物側面、以及朝向像側且使成像光線通過的像側面。

在本發明的一方面，光學成像鏡頭的第一透鏡的像側面，具有位於光軸附近區域的凹面部。第二透鏡的物側面，具有位於光軸附近區域的凸面部。第三透鏡的像側面，具有位於光軸附近區域的凹面部。第五透鏡具有負屈光率，第五透鏡在光軸上的厚度大於第二透鏡在光軸上的厚度。此光學成像鏡頭只有上述五片具有屈光率的透鏡，EFL為光學鏡頭系統有效焦距、TTL為第一透鏡的物側面至成像面在光軸上的長度、ALT為第一透鏡到第五透鏡在光軸上的五個透鏡之中心厚度總和、T2為第二透鏡在光軸上的中心厚度、G34為第三透鏡與第四透鏡在光軸上的空氣間隙，並且滿足TTL/EFL≦1.000、TTL/G34≦12.000、及ALT/T2≦12.900。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，第五透鏡在光軸上的中心厚度為T5、與第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G45，並且滿足（G45+T5）/T2≦4.800。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足TTL/（G45+T5）≦7.200。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，第四透鏡在光軸上的中心厚度為T4，並且滿足T4/G45≦3.600。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，AAG為第一透鏡到第五透鏡在光軸上的四個空氣間隙總和，並且滿足AAG/T2≦9.000。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，BFL為第五透鏡的像側面至成像面在光軸上的長度、與第三透鏡在光軸上的中心厚度為T3，並且滿足BFL/T3≦5.600。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，TL為第一透鏡的物側面到第五透鏡的像側面在光軸上的距離，並且滿足TL/T3≦17.000。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足AAG/T3≦8.000。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足TL/T5≦15.000。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足AAG/T5≦8.000。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，並且滿足TTL/T1≦9.000。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足ALT/T1≦3.600。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足ALT/G34≦3.900。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足EFL/G34≦7.300。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足EFL/BFL≦5.500。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足BFL/T4≦5.100。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足TL/BFL≦4.200。

在本發明的實施例的光學成像鏡頭中，第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G12、與第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙為G23，並且滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/T5≦4.300。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/T1≦2.700。

本發明的實施例的光學成像鏡頭滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/G34≦2.500。

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70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、第四透鏡40、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。各鏡片都有適當的屈光率。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、第五透鏡50等這五片透鏡而已。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、第五透鏡50、與濾光片70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70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），設於第五透鏡50朝向像側3的像側面52與成像面71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具有物側面11與像側面12；第二透鏡20具有物側面21與像側面22；第三透鏡30具有物側面31與像側面32；第四透鏡40具有物側面41與像側面42；第五透鏡50具有物側面51與像側面52。各物側面與像側面又有接近光軸4的光軸附近區域，以及遠離光軸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、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中所有透鏡的中心厚度總和稱之為ALT。亦即，ALT =T1 + T2 + T3 + T4 + T5。

另外，本發明光學成像鏡頭1中，在各個透鏡之間又分別具有位在光軸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、第四透鏡40到第五透鏡50之間空氣間隙寬度稱為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寬度之總和即稱為AAG。亦即，AAG = G12+G23+G34+G45。

另外，第一透鏡10的物側面11至成像面71在光軸上的長度為TTL。光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，第五透鏡50的像側面52至成像面71在光軸4上的長度為BFL、TL為第一透鏡10的物側面11至第五透鏡50的像側面52在光軸4上的長度。

另外，再定義：f1為第一透鏡10的焦距；f2為第二透鏡20的焦距；f3為第三透鏡30的焦距；f4為第四透鏡40的焦距；f5為第五透鏡50的焦距；n1為第一透鏡10的折射率；n2為第二透鏡20的折射率；n3為第三透鏡30的折射率；n4為第四透鏡40的折射率；n5為第五透鏡50的折射率；υ1為第一透鏡10的阿貝係數（Abbe number），即色散係數；υ2為第二透鏡20的阿貝係數；υ3為第三透鏡30的阿貝係數；υ4為第四透鏡40的阿貝係數；及υ5為第五透鏡50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，實施例中各像散圖及畸變圖之Y軸代表像高，系統像高為2.264公厘。

第一實施例之光學成像鏡頭系統1主要由五枚具有屈光率之透鏡、光圈80、濾光片70、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70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的物側面11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的像側面12具有位於光軸附近區域的凹面部16以及位於圓周附近區域的凹面部17。第一透鏡之物側面11及像側面12均為非球面。

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

第三透鏡30具有正屈光率，朝向物側2的物側面31具有位於光軸附近區域的凸面部33以及位於圓周附近區域的凸面部34，而朝向像側3的像側面32具有位於光軸附近區域的凹面部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均為非球面。

第四透鏡40具有負屈光率，朝向物側2的物側面41具有位於光軸附近區域的凹面部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均為非球面。

第五透鏡50具有負屈光率，朝向物側2的物側面51具有位於光軸附近區域的凸面部53以及位在圓周附近區域的凹面部54，朝向像側3的像側面52具有位於光軸附近區域的凹面部56以及位於圓周附近區域的凸面部57。另外，第五透鏡50的物側面51與像側面52均為非球面。濾光片70位於第五透鏡50的像側面52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中，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。若為非球面，則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為圓錐係數（conic constant）；

a _i為第i階非球面係數。

第一實施例光學透鏡系統的光學數據如圖20所示，非球面數據如圖21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、有效焦距為（EFL）、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、厚度及焦距的單位均為公厘（mm）。而TTL為4.840公厘，Fno為3，系統像高為2.264公厘，HFOV為23.000度。

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，僅曲率半徑、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而已，以及第四透鏡40的物側面41，具有位於光軸附近區域的凸面部43'。

第二實施例詳細的光學數據如圖22所示，非球面數據如圖23所示。TTL為5.447公厘，系統像高為2.443公厘，Fno為2.8，HFOV為24.263度。特別是：1. 第二實施例的像差比第一實施例佳。2. 第二實施例的Fno比第一實施例小。 3.第二實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

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，僅曲率半徑、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，以及第四透鏡40的像側面42具有位於光軸附近區域的凸面部46'。

第三實施例詳細的光學數據如圖24所示，非球面數據如圖25所示，TTL為5.247公厘，系統像高為2.298公厘，Fno為2.8，HFOV為23.000度。特別是：1. 第三實施例的像差比第一實施例佳。2. 第三實施例的Fno比第一實施例小。3. 第三實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

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，僅曲率半徑、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的像側面12，具有位於圓周附近區域的凸面部17'、第四透鏡40具有正屈光率、第四透鏡40的物側面41，具有位於光軸附近區域的凸面部43'、第四透鏡40的像側面42，具有位於光軸附近區域的凸面部46'、與第五透鏡50的物側面51，具有位於光軸附近區域的凹面部53'。

第四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，TTL為4.614公厘，系統像高為2.441公厘，Fno為2.6，HFOV為27.972度。特別是：1. 第四實施例的的鏡頭長度TTL比第一實施例短。2. 第四實施例的像差比第一實施例佳。3. 第四實施例的Fno比第一實施例小。4. 第四實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

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，僅曲率半徑、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，以及第四透鏡40的像側面42具有位於光軸附近區域的凸面部46'。

第五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，TTL為4.959公厘，系統像高為2.293公厘，Fno為2.6，HFOV為23.363度。特別是：1. 第五實施例的像差比第一實施例佳。2. 第五實施例的Fno比第一實施例小。3. 第五實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

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，不同之處在於，僅曲率半徑、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，以及光圈80是設置在第一透鏡10和第二透鏡20之間、與第四透鏡40的像側面42具有位於光軸附近區域的凸面部46'。

第六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，TTL為5.104公厘，系統像高為2.437公厘，Fno為2.46，HFOV為24.166度。特別是：1. 第六實施例的像差比第一實施例佳。2. 第六實施例的Fno比第一實施例小。3. 第六實施例的光圈位置在後，則視場角越大、成像品質更佳。4. 第六實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

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19A、弧矢方向的像散像差請參考圖19B、子午方向的像散像差請參考圖19C、畸變像差請參考圖19D。第七實施例之設計與第一實施例類似，僅曲率半徑、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的像側面12，具有位於圓周附近區域的凸面部17'、第三透鏡30的物側面31，具有位於圓周附近區域的凹面部34'、第四透鏡40具有正屈光率、第四透鏡40的物側面41，具有位於光軸附近區域的凸面部43'、與第四透鏡40的像側面42，具有位於光軸附近區域的凸面部46'。

第七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，TTL為5.117公厘，系統像高為2.909公厘，Fno為2.9，HFOV為28.046度。特別是：1. 第七實施例的Fno比第一實施例小。2. 第七實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。

另外，各實施例之重要參數則分別整理於圖34與圖35中。其中G5F代表第五透鏡50到濾光片70之間在光軸4上的間隙寬度、TF代表濾光片70在光軸4上的厚度、GFP代表濾光片70到成像面71之間在光軸4上的間隙寬度、BFL為第五透鏡50的像側面52到成像面71在光軸4上的距離、即BFL=G5F+TF+GFP。

申請人發現，本案各實施例的透鏡配置，具有以下的特徵，以及可以達成的對應功效：

1. 第一透鏡像側面光軸區域為凹面部，及第二透鏡物側面光軸區域為凸面部，可幫助收集成像光線。

2. 第三透鏡像側面光軸區域為凹面部，有助於修正第一透鏡及第二透鏡產生的像差。

3. 第五透鏡屈光率為負值，有助於調整第一透鏡至第四透鏡所產生的像差。

4. 第五透鏡在光軸上的厚度大於第二透鏡在光軸上的厚度，有利於第五透鏡的製造加工及鏡頭的組裝。

5. 透過上述設計之相互搭配，可有效縮短鏡頭長度，並同時確保成像品質，且加強鏡頭望遠的能力。

此外，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：

（A）為了達成縮短透鏡系統長度，本發明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，或調配特定光學參數於特定鏡群數值組合中的比例，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。

1. ALT/T1≦3.600，較佳的範圍為2.800≦ALT/T1≦3.600；

2. ALT/G34≦3.900，較佳的範圍為1.400≦ALT/G34≦3.900；

3. （T1+G12+T2+G23+T3）/T1≦2.700，較佳的範圍為1.900≦（T1+G12+T2+G23+T3）/T1≦2.700；

4. （T1+G12+T2+G23+T3）/G34≦2.500，較佳的範圍為0.800≦（T1+G12+T2+G23+T3）/G34≦2.500。

（B）若滿足以下條件式，在光學系統厚度薄化的過程中，可幫助望遠特性提升同時易於應用於手機微型化鏡頭。

1. TTL/EFL≦1.000，較佳的範圍為0.800≦TTL/EFL≦1.000；

2. EFL/G34≦7.300，較佳的範圍為3.600≦EFL/G34≦7.300；

3. EFL/BFL≦5.500，較佳的範圍為2.300≦EFL/BFL≦5.500。

（C）使光學元件參數與鏡頭長度比值維持一適當值，避免參數過小不利於生產製造，或是避免參數過大而使得鏡頭長度過長。

1. TTL/EFL≦1.000，較佳的範圍為0.800≦TTL/EFL≦1.000；

2. TTL/G34≦12.000，較佳的範圍為2.500≦TTL/G34≦12.000；

3. TTL/（G45+T5）≦7.200，較佳的範圍為2.100≦TTL/（G45+T5）≦7.200；

4. TL/T3≦17.000，較佳的範圍為7.300≦TL/T3≦17.000；

5. TL/T5≦15.000，較佳的範圍為4.900≦TL/T5≦15.000；

6. TTL/T1≦9.000，較佳的範圍為6.100≦TTL/T1≦9.000；

7. TL/BFL≦4.200，較佳的範圍為1.600≦TL/BFL≦4.200。

（D）藉著限制光學元件參數與第二透鏡厚度的關係，使得T2不至過小或過大，有利於降低第一鏡片產生的像差。

1. ALT/T2≦12.900，較佳的範圍為7.400≦ALT/T2≦12.900；

2. （G45+T5）/T2≦4.800，較佳的範圍為2.100≦（G45+T5）/T2≦4.800；

3. AAG/T2≦9.000，較佳的範圍為4.500≦AAG/T2≦9.000。

（E）藉著限制第三透鏡的厚度與鏡頭中其他空氣間隙厚度的關係，使得T3不至過小或過大，有利於降低第一透鏡及第二透鏡產生的像差。

1. BFL/T3≦5.600，較佳的範圍為2.500≦BFL/T3≦5.600；

2. AAG/T3≦8.000，較佳的範圍為2.400≦AAG/T3≦8.000。

（F）藉著限制第四透鏡的厚度與鏡頭中其他透鏡或空氣間隙厚度的關係，使得T4不至過小或過大，有利於降低第一透鏡至第三透鏡產生的像差。

1. T4/G45≦3.600，較佳的範圍為0.300≦T4/G45≦3.600；

2. BFL/T4≦5.100，較佳的範圍為1.500≦BFL/T4≦5.100。

（G）藉著限制第五透鏡的厚度與鏡頭中其他透鏡或空氣間隙厚度的關係，使得T5不至過小或過大，則有利於降低第一透鏡至第四透鏡所產生的像差。

1. AAG/T5≦8.000，較佳的範圍為1.800≦AAG/T5≦8.000；

2. （T1+G12+T2+G23+T3）/T5≦4.300，較佳的範圍為1.700≦（T1+G12+T2+G23+T3）/T5≦4.300。

透過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，紅、綠、藍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，紅、綠、藍三種代表波長彼此間的距離亦相當接近，顯示本發明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具備良好光學性能。

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鏡頭長度縮短、可用光圈加大、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。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，如光學參數任意組合的比例關係所得最大值與最小值之數值範圍皆應屬本發明之涵蓋範圍，皆可據以實施。

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凹面部 17凹面部 17'凸面部 20第二透鏡 21物側面 22像側面 23凸面部 24凸面部 26凹面部 27凹面部 30第三透鏡 31物側面 32像側面 33凸面部 34凸面部 34'凹面部 36凹面部 37凹面部 40第四透鏡 41物側面 42像側面 43凹面部 43'凸面部 44凹面部 46凹面部 46'凸面部 47凸面部 50第五透鏡 51物側面 52像側面 53凸面部 53'凹面部 54凹面部 56凹面部 57凸面部 70濾光片 71成像面 80光圈 T1~T5各透鏡中心厚度 I 光軸 A光軸附近區域 C圓周附近區域 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。圖6繪示本發明五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繪示本發明五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繪示本發明五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繪示本發明五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繪示本發明五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繪示本發明五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繪示本發明五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表示第一實施例詳細的光學數據。圖21表示第一實施例詳細的非球面數據。圖22表示第二實施例詳細的光學數據。圖23表示第二實施例詳細的非球面數據。圖24表示第三實施例詳細的光學數據。圖25表示第三實施例詳細的非球面數據。圖26表示第四實施例詳細的光學數據。圖27表示第四實施例詳細的非球面數據。圖28表示第五實施例詳細的光學數據。圖29表示第五實施例詳細的非球面數據。圖30表示第六實施例詳細的光學數據。圖31表示第六實施例詳細的非球面數據。圖32表示第七實施例詳細的光學數據。圖33表示第七實施例詳細的非球面數據。圖34表示各實施例之重要參數。圖35表示各實施例之重要參數。

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凹面部 17凹面部 20第二透鏡 21物側面 22像側面 23凸面部 24凸面部 26凹面部 27凹面部 30第三透鏡 31物側面 32像側面 33凸面部 34凸面部 36凹面部 37凹面部 40第四透鏡 41物側面 42像側面 43凹面部 44凹面部 46凹面部 47凸面部 50第五透鏡 51物側面 52像側面 53凸面部 54凹面部 56凹面部 57凸面部 70濾光片 71成像面 80光圈 T1~T5各透鏡中心厚度

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第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡以及一第五透鏡，且該第一透鏡至該第五透鏡各自包括朝向該物側且使一成像光線通過的一物側面、及朝向該像側且使該成像光線通過的一像側面，該光學成像鏡頭包含：該第一透鏡的該像側面具有位於光軸附近區域的一凹面部；該第二透鏡的該物側面具有位於光軸附近區域的一凸面部；該第三透鏡的該像側面具有位於光軸附近區域的一凹面部；以及該第五透鏡具有負屈光率，該第五透鏡在該光軸上的厚度大於該第二透鏡在該光軸上的厚度；其中該光學成像鏡頭只有上述五片具有屈光率的透鏡，EFL為該光學鏡頭系統有效焦距、TTL為該第一透鏡的該物側面至一成像面在該光軸上的長度、ALT為該第一透鏡到該第五透鏡在該光軸上的五個透鏡之中心厚度總和、T2為該第二透鏡在該光軸上的中心厚度、G34為該第三透鏡與該第四透鏡在該光軸上的一空氣間隙，並且滿足TTL/EFL≦1.000、TTL/G34≦12.000、及ALT/T2≦12.900。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5、與該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G45，並且滿足（G45+T5）/T2≦4.800。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5、與該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G45，並且滿足TTL/（G45+T5）≦7.200。
如請求項1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.與該第四透鏡與該第五透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G45，並且滿足T4/G45≦3.600。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中AAG為該第一透鏡到該第五透鏡在該光軸上的四個空氣間隙總和，並且滿足AAG/T2≦9.000。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中BFL為該第五透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度、與該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，並且滿足BFL/T3≦5.600。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中TL為該第一透鏡的該物側面到該第五透鏡的該像側面在該光軸上的距離、與該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，並且滿足TL/T3≦17.000。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中AAG為該第一透鏡到該第五透鏡在該光軸上的四個空氣間隙總和、與該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，並且滿足AAG/T3≦8.000。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中TL為該第一透鏡的該物側面到該第五透鏡的該像側面在該光軸上的距離、與該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5，並且滿足TL/T5≦15.000。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中AAG為該第一透鏡到該第五透鏡在該光軸上的四個空氣間隙總和、與該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5，並且滿足AAG/T5≦8.000。
如請求項1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，並且滿足TTL/T1≦9.000。
如請求項1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，並且滿足ALT/T1≦3.600。
如請求項1之光學成像鏡頭，滿足ALT/G34≦3.900。
如請求項1之光學成像鏡頭，滿足EFL/G34≦7.300。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中BFL為該第五透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度，並且滿足EFL/BFL≦5.500。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中BFL為該第五透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度、與該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4，並且滿足BFL/T4≦5.100。
如請求項1之光學成像鏡頭，其中BFL為該第五透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度、與TL為該第一透鏡的該物側面到該第五透鏡的該像側面在該光軸上的距離，並且滿足TL/BFL≦4.200。
如請求項1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、該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G12、與該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G23，並且滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/T5≦4.300。
如請求項1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、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3、該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G12、與該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G23，並且滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/T1≦2.700。
如請求項1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、該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3、該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G12、與該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G23，並且滿足（T1+G12+T2+G23+T3）/G34≦2.500。