TWI626465B - 光學成像系統 - Google Patents

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劉燿維
張永明
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Abstract

一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡。第一透鏡具有屈折力，其物側面可為凸面。第二透鏡至第三透鏡具有屈折力，前述各透鏡之兩表面可皆為非球面。第四透鏡可具有正屈折力，其兩表面皆為非球面，其中第四透鏡的至少一表面可具有反曲點。光學成像系統中具屈折力的透鏡為第一透鏡至第四透鏡。當滿足特定條件時，可具備更大的收光以及更佳的光路調節能力，以提升成像品質。

Description

光學成像系統
本發明是有關於一種光學成像系統，且特別是有關於一種應用於電子產品上的小型化光學成像系統。
近年來，隨著具有攝影功能的可攜式電子產品的興起，光學系統的需求日漸提高。一般光學系統的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge Coupled Device；CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide SemiconduTPor Sensor；CMOS Sensor)兩種，且隨著半導體製程技術的精進，使得感光元件的畫素尺寸縮小，光學系統逐漸往高畫素領域發展，因此對成像品質的要求也日益增加。
傳統搭載於可攜式裝置上的光學系統，多採用二片或三片式透鏡結構為主，然而由於可攜式裝置不斷朝提昇畫素並且終端消費者對大光圈的需求例如微光與夜拍功能或是對廣視角的需求例如前置鏡頭的自拍功能。惟設計大光圈的光學系統常面臨產生更多像差致使周邊成像品質隨之劣化以及製造難易度的處境，而設計廣視角的光學系統則會面臨成像之畸變率(distortion)提高，習知的光學成像系統已無法滿足更高階的攝影要求。
因此，如何有效增加光學成像系統的進光量與增加光學成像系統的視角，除進一步提高成像的總畫素與品質外同時能兼顧微型化光學成像系統之衡平設計，便成為一個相當重要的議題。
本發明實施例之態樣係針對一種光學成像系統，能夠利用四個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合(本發明所述凸面或凹面原則上係指各透鏡之物側面或像側面於光軸上的幾何形狀描述)，以及藉由嵌合機構元件用以定位透鏡的設計，進而有效提高光學成像系統之進光量與增加光學 成像鏡頭的視角，同時提高成像的總畫素與品質，以應用於小型的電子產品上。
本發明實施例相關之透鏡參數的用語與其代號詳列如下，作為後續描述的參考：與長度或高度有關之透鏡參數
光學成像系統之成像高度以HOI表示；光學成像系統之高度以HOS表示；光學成像系統之第一透鏡物側面至第四透鏡像側面間的距離以InTL表示；光學成像系統之第四透鏡像側面至成像面間的距離以InB表示；InTL+InB=HOS；光學成像系統之固定光欄(光圈)至成像面間的距離以InS表示；光學成像系統之第一透鏡與第二透鏡間的距離以IN12表示(例示)；光學成像系統之第一透鏡於光軸上的厚度以TP1表示(例示)。
與材料有關之透鏡參數
光學成像系統之第一透鏡的色散係數以NA1表示(例示)；第一透鏡的折射律以Nd1表示(例示)。
與視角有關之透鏡參數
視角以AF表示；視角的一半以HAF表示；主光線角度以MRA表示。
與出入瞳有關之透鏡參數
光學成像系統之入射瞳直徑以HEP表示；光學成像系統之出射光瞳係指孔徑光闌經過孔徑光闌後面的透鏡組並在像空間所成的像，出射光瞳直徑以HXP表示；單一透鏡之任一表面的最大有效半徑係指系統最大視角入射光通過入射瞳最邊緣的光線於該透鏡表面交會點(Effective Half Diameter；EHD)，該交會點與光軸之間的垂直高度。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑以EHD11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑以EHD12表示。第二透鏡物側面的最大有效半徑以EHD21表示，第二透鏡像側面的最大有效半徑以EHD22表示。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的最大有效半徑表示方式以此類推。
與透鏡間組立機構有關之參數
光學成像系統中各透鏡之物側面可視需求設定具有一物側承靠面(以BSO表示；Bearing Surface of Object side)，其像側面亦可視需求設定具有一像側承靠面(以BSI表示；Bearing Surface of Image side)，各 鏡片間可藉由本身之物側承靠面以及像側承靠面可視需求設定分別與相鄰之前透鏡以及後透鏡相互嵌合之接觸面而形成一堆疊結構(前述接觸面於透鏡徑向之輪廓長度以BSL表示)，其堆疊結構可視需求而設計為一嵌，例如第一透鏡其像側面具有第一像側承靠面，第二透鏡之物側面具有第二物側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸並嵌合；或設計為二嵌，例如以一嵌為前提，其第二透鏡其像側面具有第二像側承靠面，第三透鏡之物側面具有第三物側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸並嵌合。
或設計為三嵌或全嵌，以具有七片透鏡之光學成像系統為例，以二嵌為前提，其第三透鏡其像側面具有第三像側承靠面，第四透鏡之物側面具有第四物側承靠面，該第四物側承靠面與該第三像側承靠面互相接觸並嵌合；第四透鏡其像側面具有第四像側承靠面，第五透鏡之物側面具有第五物側承靠面，該第五物側承靠面與該第四像側承靠面互相接觸並嵌合；第五透鏡其像側面具有第五像側承靠面，第六透鏡之物側面具有第六側承靠面，該第六物側承靠面與該第五像側承靠面互相接觸並嵌合；第六透鏡其像側面具有第六像側承靠面，第七透鏡之物側面具有第七側承靠面，該第七物側承靠面與該第六像側承靠面互相接觸並嵌合。
以前述七片透鏡之光學成像系統的全嵌結構為例，該第一像側承靠面至該第七像側承靠面之延伸線可依需求設定朝向物側或成像面延伸並與該光軸相交成一夾角IAG，分別以IAG1、IAG2、IAG3、IAG4、IAG5、IAG6、IAG7表示，該第一物側承靠面至該第七物側承靠面之延伸線可依需求設定朝向物側或成像面延伸並與該光軸相交成一夾角OAG，分別以OAG1、OAG2、OAG3、OAG4、OAG5、OAG6、OAG7表示。
前述IAG以及OAG的角度大小須經人為控制，一般而言IAG以及OAG角度越大，光學成像系統之尺寸大小可進行微縮的空間越大，但同時會產生各透鏡間嵌合不緊密的情況。反之，若IAG以及OAG角度越小，光學成像系統之尺寸大小可進行微縮的空間越小，但同時各透鏡間嵌合可以較緊密。
前述堆疊結構可有效避免透鏡組裝於機構定位件(例如鏡 筒)內時，受機構定位件之內壁面精度不夠所導致特定透鏡組立傾斜而影響成像品質。此外，當本發明之光學成像系統需要進行微縮或是所搭配的影像感測器之像素微縮時，各透鏡之間組立與承靠的精度，高度影響最後成像的品質，前述堆疊結構可有效確保實際各透鏡之間組立與承靠後的表現接近設計值。
與透鏡面形深度有關之參數
第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離以InRS41表示(例示)；第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離以InRS42表示(例示)。
與透鏡面型有關之參數
臨界點C係指特定透鏡表面上，除與光軸的交點外，一與光軸相垂直之切面相切的點。承上，例如第三透鏡物側面的臨界點C31與光軸的垂直距離為HVT31(例示)，第三透鏡像側面的臨界點C32與光軸的垂直距離為HVT32(例示)，第四透鏡物側面的臨界點C41與光軸的垂直距離為HVT41(例示)，第四透鏡像側面的臨界點C42與光軸的垂直距離為HVT42(例示)。其他透鏡之物側面或像側面上的臨界點及其與光軸的垂直距離的表示方式比照前述。
第四透鏡物側面上最接近光軸的反曲點為IF411，該點沉陷量SGI411(例示)，SGI411亦即第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF411該點與光軸間的垂直距離為HIF411(例示)。第四透鏡像側面上最接近光軸的反曲點為IF421，該點沉陷量SGI421(例示)，SGI411亦即第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF421該點與光軸間的垂直距離為HIF421(例示)。
第四透鏡物側面上第二接近光軸的反曲點為IF412，該點沉陷量SGI412(例示)，SGI412亦即第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF412該點與光軸間的垂直距離為HIF412(例示)。第四透鏡像側面上第二接近光軸的反曲點為IF422，該點沉陷量SGI422(例示)，SGI422亦即第四透鏡像側 面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF422該點與光軸間的垂直距離為HIF422(例示)。
第四透鏡物側面上第三接近光軸的反曲點為IF413，該點沉陷量SGI413(例示)，SGI413亦即第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面第三接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF4132該點與光軸間的垂直距離為HIF413(例示)。第四透鏡像側面上第三接近光軸的反曲點為IF423，該點沉陷量SGI423(例示)，SGI423亦即第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第三接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF423該點與光軸間的垂直距離為HIF423(例示)。
第四透鏡物側面上第四接近光軸的反曲點為IF414，該點沉陷量SGI414(例示)，SGI414亦即第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面第四接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF414該點與光軸間的垂直距離為HIF414(例示)。第四透鏡像側面上第四接近光軸的反曲點為IF424，該點沉陷量SGI424(例示)，SGI424亦即第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第四接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF424該點與光軸間的垂直距離為HIF424(例示)。
其他透鏡物側面或像側面上的反曲點及其與光軸的垂直距離或其沉陷量的表示方式比照前述。
與像差有關之變數
光學成像系統之光學畸變(Optical Distortion)以ODT表示；其TV畸變(TV Distortion)以TDT表示，並且可以進一步限定描述在成像50%至100%視野間像差偏移的程度；球面像差偏移量以DFS表示；慧星像差偏移量以DFC表示。
光學成像系統之調制轉換函數特性圖(Modulation Transfer Function；MTF)，用來測試與評估系統成像之反差對比度及銳利度。調制轉換函數特性圖之垂直座標軸表示對比轉移率(數值從0到1)，水平座標軸則表示空間頻率(cycles/mm；lp/mm；line pairs per mm)。完美的成像系統理論上能100%呈現被攝物體的線條對比，然而實際的成像系統，其垂直軸的對比轉移率數值小於1。此外，一般而言成像之邊緣區域會比中心區域較難得到精細的還原度。可見光頻譜在成像面上，光軸、0.3視場以及0.7 視場三處於空間頻率55cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率110cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率220cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFH0、MTFH3以及MTFH7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率440cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTF0、MTF3以及MTF7表示，前述此三個視場對於鏡頭的中心、內視場以及外視場具有代表性，因此可用以評價特定光學成像系統之性能是否優異。若光學成像系統的設計係對應畫素大小(Pixel Size)為含1.12微米以下之感光元件，因此調制轉換函數特性圖之四分之一空間頻率、半數空間頻率(半頻)以及完全空間頻率(全頻)分別至少為110cycles/mm、220cycles/mm以及440cycles/mm。
光學成像系統若同時須滿足針對紅外線頻譜的成像，例如用於低光源的夜視需求，所使用的工作波長可為850nm或800nm，由於主要功能在辨識黑白明暗所形成之物體輪廓，無須高解析度，因此可僅需選用小於110cycles/mm之空間頻率評價特定光學成像系統在紅外線頻譜頻譜的性能是否優異。前述工作波長850nm當聚焦在成像面上，影像於光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率55cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFI0、MTFI3以及MTFI7表示。然而，也因為紅外線工作波長850nm或800nm與一般可見光波長差距很遠，若光學成像系統需同時能對可見光與紅外線(雙模)對焦並分別達到一定性能，在設計上有相當難度。
本發明提供一種光學成像系統，其第四透鏡的物側面或像側面設置有反曲點，可有效調整各視場入射於第四透鏡的角度，並針對光學畸變與TV畸變進行補正。另外，第四透鏡的表面可具備更佳的光路調節能力，以提升成像品質。
依據本發明提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、一成像面。第一透鏡具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面。第二透鏡具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承 靠面與該第一像側承靠面互相接觸。第三透鏡具有屈折力。第四透鏡具有屈折力。該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度分別為ETP1、ETP2、ETP3以及ETP4，前述ETP1至ETP4的總和為SETP，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡於光軸之厚度分別為TP1、TP2、TP3以及TP4，前述TP1至TP4的總和為STP，其滿足下列條件：1.0≦f/HEP≦10；0 deg<HAF≦150 deg；以及0.5≦SETP/STP<1。
依據本發明另提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、一成像面。第一透鏡具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面。第二透鏡具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸。第三透鏡具有屈折力並且其物側面具有第三物側承靠面與其像側面具有第三像側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸。第四透鏡具有屈折力。該第一像側承靠面至該第二像側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角IAG，分別為IAG1、IAG2，該第二物側承靠面至該第三物側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角OAG，分別為OAG2、OAG3。該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：0 deg<IAG≦90 deg；0 deg <OAG≦90 deg；1.0≦f/HEP≦10；0 deg<HAF≦150 deg；0.2≦EIN/ETL<1。
依據本發明再提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、一成像面。第一透鏡具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面。第二透鏡具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸。第三透鏡具有屈折力並且其物側面具有第三物側承靠面與其像側面具有第三像側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸。第四透鏡具有屈折力。該第一像側承靠面至該第三像側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角IAG，分別為IAG1、IAG2、IAG3，該第二物側承靠面至該第四物側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角OAG，分別為OAG2、OAG3、OAG4。該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：0 deg<IAG≦45 deg；0 deg<OAG≦45 deg；1.0≦f/HEP≦10.0；0 deg<HAF≦150 deg；0.2≦EIN/ETL<1。
其中可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率55cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，其滿足下列條件：MTFE0≧0.2；MTFE3≧0.01；以及MTFE7≧0.01。
其中該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率110cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0≧0.2；MTFQ3≧0.01；以及MTFQ7≧0.01。
單一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度，特別影響該1/2入射瞳直徑(HEP)範圍內各光線視場共用區域之修正像差以及各視場光線間光程差的能力，厚度越大則修正像差的能力提升，然而同時亦會增加生產製造上的困難度，因此必須控制單一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度，特別是控制該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)。例如第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP1表示。第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP2表示。光學成像系統中其餘透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度，其表示方式以此類推。前述ETP1至ETP4的總和為SETP，本發明之實施例可滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN≦0.9。
為同時權衡提升修正像差的能力以及降低生產製造上的困難度，特別需控制該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)。例如第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度以ETP1表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ETP1/TP1。第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度以ETP2表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ETP2/TP2。光學成像系統中其餘透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度與該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係，其表示方式以此類推。本發明之實施例可滿足下列公式：0.5≦ETP/TP≦3。
相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離以ED表示，前述水平距離(ED)係平行於光學成像系統之光軸，並且特別影響該1/2入射瞳直徑(HEP)位置各光線視場共用區域之修正像差以及各視場光線間光程差的能力，水平距離越大則修正像差之能力的可能性將提升，然而同時亦會增加生產製造上的困難度以及限制光學成像系統之長度”微縮”的程度，因此必須控制特定相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離(ED)。
為同時權衡提升修正像差的能力以及降低光學成像系統之長度”微縮”的困難度，特別需控制該相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的水平距離(ED)與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離(IN)間的比例關係(ED/IN)。例如第一透鏡與第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距 離以ED12表示，第一透鏡與第二透鏡於光軸上之水平距離為IN12，兩者間的比值為ED12/IN12。第二透鏡與第三透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離以ED23表示，第二透鏡與第三透鏡於光軸上之水平距離為IN23，兩者間的比值為ED23/IN23。光學成像系統中其餘相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離兩者間的比例關係，其表示方式以此類推。
該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為EBL，該第四透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面平行於光軸之水平距離為BL，本發明之實施例為同時權衡提升修正像差的能力以及預留其他光學元件之容納空間，可滿足下列公式：0.5≦EBL/BL<2.0。光學成像系統可更包括一濾光元件，該濾光元件位於該第四透鏡以及該成像面之間，該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該濾光元件間平行於光軸之距離為EIR，該第四透鏡像側面上與光軸之交點至該濾光元件間平行於光軸之距離為PIR，本發明之實施例可滿足下列公式：0.2≦EIR/PIR≦2。
前述光學成像系統可用以搭配成像在對角線長度為1/1.2英吋大小以下的影像感測元件，該影像感測元件之尺寸較佳者為1/2.3英吋，該影像感測元件之像素尺寸小於1.4微米(μm)，較佳者其像素尺寸小於1.12微米(μm)，最佳者其像素尺寸小於0.9微米(μm)。此外，該光學成像系統可適用於長寬比為16：9的影像感測元件。
前述光學成像系統可適用於百萬或千萬像素以上的攝錄影要求(例如4K2K或稱UHD、QHD)並擁有良好的成像品質。
當｜f1｜>f4時，光學成像系統的系統總高度(HOS；Height of Optic System)可以適當縮短以達到微型化之目的。
當｜f2｜+｜f3｜>｜f1｜+｜f4｜時，藉由第二透鏡至第三透鏡中至少一透鏡具有弱的正屈折力或弱的負屈折力。所稱弱屈折力，係指特定透鏡之焦距的絕對值大於10。當本發明第二透鏡至第三透鏡中至少一透鏡具有弱的正屈折力，其可有效分擔第一透鏡之正屈折力而避免不必要的像差過早出現，反之若第二透鏡至第三透鏡中至少一透鏡具有弱的負屈折力，則可以微調補正系統的像差。
第四透鏡可具有正屈折力，另外，第四透鏡的至少一表面可具有至少一反曲點，可有效地壓制離軸視場光線入射的角度，進一步可修正離軸視場的像差。
1、20、30、40、50、60‧‧‧光學成像系統
100、200、300、400、500、600‧‧‧光圈
110、210、310、410、510、610‧‧‧第一透鏡
112、212、312、412、512、612‧‧‧物側面
114、214、314、414、514、614‧‧‧像側面
120、220、320、420、520、620‧‧‧第二透鏡
122、222、322、422、522、622‧‧‧物側面
124、224、324、424、524、624‧‧‧像側面
130、230、330、430、530、630‧‧‧第三透鏡
132、232、332、432、532、632‧‧‧物側面
134、234、334、434、534、634‧‧‧像側面
140、240、340、440、540、640‧‧‧第四透鏡
142、242、342、442、542、642‧‧‧物側面
144、244、344、444、544、644‧‧‧像側面
170、270、370、470、570、670‧‧‧紅外線濾光片
180、280、380、480、580、680‧‧‧成像面
190、290、390、490、590、690‧‧‧影像感測元件
f‧‧‧光學成像系統之焦距
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f3‧‧‧第三透鏡的焦距
f4‧‧‧第四透鏡的焦距
f/HEP；Fno；F#‧‧‧光學成像系統之光圈值
HAF‧‧‧光學成像系統之最大視角的一半
NA1‧‧‧第一透鏡的色散係數
NA2、NA3、NA4‧‧‧第二透鏡至第四透鏡的色散係數
R1、R2‧‧‧第一透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
R3、R4‧‧‧第二透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
R5、R6‧‧‧第三透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
R7、R8‧‧‧第四透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
TP1‧‧‧第一透鏡於光軸上的厚度
TP2、TP3、TP4‧‧‧第二透鏡至第四透鏡於光軸上的厚度
ΣTP‧‧‧所有具屈折力之透鏡的厚度總和
IN12‧‧‧第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離
IN23‧‧‧第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離
IN34‧‧‧第三透鏡與第四透鏡於光軸上的間隔距離
InRS41‧‧‧第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離
IF411‧‧‧第四透鏡物側面上最接近光軸的反曲點
SGI411‧‧‧該點沉陷量
HIF411‧‧‧第四透鏡物側面上最接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF421‧‧‧第四透鏡像側面上最接近光軸的反曲點
SGI421‧‧‧該點沉陷量
HIF421‧‧‧第四透鏡像側面上最接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF412‧‧‧第四透鏡物側面上第二接近光軸的反曲點
SGI412‧‧‧該點沉陷量
HIF412‧‧‧第四透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF422‧‧‧第四透鏡像側面上第二接近光軸的反曲點
SGI422‧‧‧該點沉陷量
HIF422‧‧‧第四透鏡像側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF413‧‧‧第四透鏡物側面上第三接近光軸的反曲點
SGI413‧‧‧該點沉陷量
HIF413‧‧‧第四透鏡物側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF423‧‧‧第四透鏡像側面上第三接近光軸的反曲點
SGI423‧‧‧該點沉陷量
HIF423‧‧‧第四透鏡像側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF414‧‧‧第四透鏡物側面上第四接近光軸的反曲點
SGI414‧‧‧該點沉陷量
HIF414‧‧‧第四透鏡物側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF424‧‧‧第四透鏡像側面上第四接近光軸的反曲點
SGI424‧‧‧該點沉陷量
HIF424‧‧‧第四透鏡像側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
C41‧‧‧第四透鏡物側面的臨界點
C42‧‧‧第四透鏡像側面的臨界點
SGC41‧‧‧第四透鏡物側面的臨界點與光軸的水平位移距離
SGC42‧‧‧第四透鏡像側面的臨界點與光軸的水平位移距離
HVT41‧‧‧第四透鏡物側面的臨界點與光軸的垂直距離
HVT42‧‧‧第四透鏡像側面的臨界點與光軸的垂直距離
HOS‧‧‧系統總高度(第一透鏡物側面至成像面於光軸上的距離)
Dg‧‧‧影像感測元件的對角線長度
InS‧‧‧光圈至成像面的距離
InTL‧‧‧第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面的距離
InB‧‧‧第四透鏡像側面至該成像面的距離
HOI‧‧‧影像感測元件有效感測區域對角線長的一半(最大像高)
TDT‧‧‧光學成像系統於結像時之TV畸變(TV Distortion)
ODT‧‧‧光學成像系統於結像時之光學畸變(Optical Distortion)
本發明上述及其他特徵將藉由參照附圖詳細說明。
第1A圖係繪示本發明第一實施例之光學成像系統的示意圖；第1B圖由左至右依序繪示本發明第一實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第1C圖係繪示本發明第一實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖；第2A圖係繪示本發明第二實施例之光學成像系統的示意圖；第2B圖由左至右依序繪示本發明第二實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第2C圖係繪示本發明第二實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖；第3A圖係繪示本發明第三實施例之光學成像系統的示意圖；第3B圖由左至右依序繪示本發明第三實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第3C圖係繪示本發明第三實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖；第4A圖係繪示本發明第四實施例之光學成像系統的示意圖；第4B圖由左至右依序繪示本發明第四實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第4C圖係繪示本發明第四實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換 特徵圖；第5A圖係繪示本發明第五實施例之光學成像系統的示意圖；第5B圖由左至右依序繪示本發明第五實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第5C圖係繪示本發明第五實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖；第6A圖係繪示本發明第六實施例之光學成像系統的示意圖；第6B圖由左至右依序繪示本發明第六實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖；第6C圖係繪示本發明第六實施例光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖；第7圖係繪示本發明第七實施例的一種光學成像系統的嵌合結構示意圖，其組裝方式可適用於第一實施例至第六實施例，所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角的態樣；第8圖係繪示本發明第八實施例的一種光學成像系統嵌合結構示意圖，其組裝方式可適用於第一實施例至第六實施例，所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向成像面延伸並與該光軸相交成一夾角的態樣。
一種光學成像系統，由物側至像側依序包含具屈折力的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡。光學成像系統更可包含一影像感測元件，其設置於成像面。
光學成像系統可使用三個工作波長進行設計，分別為486.1nm、587.5nm、656.2nm，其中587.5nm為主要參考波長為主要提取技術 特徵之參考波長。光學成像系統亦可使用五個工作波長進行設計，分別為470nm、510nm、555nm、610nm、650nm，其中555nm為主要參考波長為主要提取技術特徵之參考波長。
光學成像系統的焦距f與每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之比值PPR，光學成像系統的焦距f與每一片具有負屈折力之透鏡的焦距fn之比值NPR，所有正屈折力之透鏡的PPR總和為ΣPPR，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為ΣNPR，當滿足下列條件時有助於控制光學成像系統的總屈折力以及總長度：0.5≦ΣPPR/｜ΣNPR｜≦4.5，較佳地，可滿足下列條件：0.9≦ΣPPR/｜ΣNPR｜≦3.5。
光學成像系統的系統高度為HOS，當HOS/f比值趨近於1時，將有利於製作微型化且可成像超高畫素的光學成像系統。
光學成像系統的每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之總和為ΣPP，每一片具有負屈折力之透鏡的焦距總和為ΣNP，本發明的光學成像系統之一種實施方式，其滿足下列條件：0<ΣPP≦200；以及f4/ΣPP≦0.85。較佳地，可滿足下列條件：0<ΣPP≦150；以及0.01≦f4/ΣPP≦0.7。藉此，有助於控制光學成像系統的聚焦能力，並且適當分配系統的正屈折力以抑制顯著之像差過早產生。
光學成像系統可更包含一影像感測元件，其設置於成像面。影像感測元件有效感測區域對角線長的一半(即為光學成像系統之成像高度或稱最大像高)為HOI，第一透鏡物側面至成像面於光軸上的距離為HOS，其滿足下列條件：HOS/HOI≦15；以及0.5≦HOS/f≦20.0。較佳地，可滿足下列條件：1≦HOS/HOI≦10；以及1≦HOS/f≦15。藉此，可維持光學成像系統的小型化，以搭載於輕薄可攜式的電子產品上。
另外，本發明的光學成像系統中，依需求可設置至少一光圈，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明的光學成像系統中，光圈配置可為前置光圈或中置光圈，其中前置光圈意即光圈設置於被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為前置光圈，可使光學成像系統的出瞳與成像面產生較長的距離而容置更多光學元件，並可增加影像感測元件接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使 光學成像系統具有廣角鏡頭的優勢。前述光圈至成像面間的距離為InS，其滿足下列條件：0.1≦InS/HOS≦1.1。較佳地，可滿足下列條件：0.2≦InS/HOS≦1.1。藉此，可同時兼顧維持光學成像系統的小型化以及具備廣角的特性。
本發明的光學成像系統中，第一透鏡物側面至第四透鏡像側面間的距離為InTL，於光軸上所有具屈折力之透鏡的厚度總和ΣTP，其滿足下列條件：0.2≦ΣTP/InTL≦0.95。較佳地，可滿足下列條件：0.2≦ΣTP/InTL≦0.9。藉此，當可同時兼顧系統成像的對比度以及透鏡製造的良率並提供適當的後焦距以容置其他元件。
第一透鏡物側面的曲率半徑為R1，第一透鏡像側面的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：0.01≦｜R1/R2｜≦100。較佳地，可滿足下列條件：0.01≦｜R1/R2｜≦60。
第四透鏡物側面的曲率半徑為R9，第四透鏡像側面的曲率半徑為R10，其滿足下列條件：-200<(R7-R8)/(R7+R8)<30。藉此，有利於修正光學成像系統所產生的像散。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離為IN12，其滿足下列條件：0<IN12/f≦5.0。較佳地，可滿足下列條件：0.01≦IN12/f≦4.0。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離為IN23，其滿足下列條件：0<IN23/f≦5.0。較佳地，可滿足下列條件：0.01≦IN23/f≦3.0。藉此，有助於改善透鏡的性能。
第三透鏡與第四透鏡於光軸上的間隔距離為IN34，其滿足下列條件：0<IN34/f≦5.0。較佳地，可滿足下列條件：0.001≦IN34/f≦3.0。藉此，有助於改善透鏡的性能。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的厚度分別為TP1以及TP2，其滿足下列條件：1≦(TP1+IN12)/TP2≦20。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並提升其性能。
第三透鏡與第四透鏡於光軸上的厚度分別為TP3以及TP4，前述兩透鏡於光軸上的間隔距離為IN34，其滿足下列條件：0.2≦(TP4+IN34)/TP4≦20。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並降低系統總高 度。
第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離為IN23，第一透鏡至第四透鏡於光軸上的總和距離為ΣTP，其滿足下列條件：0.01≦IN23/(TP2+IN23+TP3)≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.05≦IN23/(TP2+IN23+TP3)≦0.7。藉此有助層層微幅修正入射光行進過程所產生的像差並降低系統總高度。
本發明的光學成像系統中，第四透鏡物側面142於光軸上的交點至第四透鏡物側面142的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS41(若水平位移朝向像側，InRS41為正值；若水平位移朝向物側，InRS41為負值)，第四透鏡像側面144於光軸上的交點至第四透鏡像側面144的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS42，第四透鏡140於光軸上的厚度為TP4，其滿足下列條件：-1mm≦InRS41≦1mm；-1mm≦InRS42≦1mm；1mm≦｜InRS41｜+｜InRS42｜≦2mm；0.01≦｜InRS41｜/TP4≦10；0.01≦｜InRS42｜/TP4≦10。藉此，可控制第四透鏡兩面間最大有效半徑位置，而有助於光學成像系統之週邊視場的像差修正以及有效維持其小型化。
本發明的光學成像系統中，第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI411表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI421表示，其滿足下列條件：0<SGI411/(SGI411+TP4)≦0.9；0<SGI421/(SGI421+TP4)≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.01<SGI411/(SGI411+TP4)≦0.7；0.01<SGI421/(SGI421+TP4)≦0.7。
第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI412表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI422表示，其滿足下列條件：0<SGI412/(SGI412+TP4)≦0.9；0<SGI422/(SGI422+TP4)≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.1≦SGI412/(SGI412+TP4)≦0.8；0.1≦SGI422/(SGI422+TP4)≦0.8。
第四透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF411表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF421表示，其滿足下列條件：0.01≦HIF411/HOI≦0.9；0.01≦HIF421/HOI≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.09≦HIF411/HOI≦0.5；0.09≦HIF421/HOI≦0.5。
第四透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF412表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF422表示，其滿足下列條件：0.01≦HIF412/HOI≦0.9；0.01≦HIF422/HOI≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.09≦HIF412/HOI≦0.8；0.09≦HIF422/HOI≦0.8。
第四透鏡物側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF413表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF423表示，其滿足下列條件：0.001mm≦｜HIF413｜≦5mm；0.001mm≦｜HIF423｜≦5mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1mm≦｜HIF423｜≦3.5mm；0.1mm≦｜HIF413｜≦3.5mm。
第四透鏡物側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF414表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF424表示，其滿足下列條件：0.001mm≦｜HIF414｜≦5mm；0.001mm≦｜HIF424｜≦5mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1mm≦｜HIF424｜≦3.5mm；0.1mm≦｜HIF414｜≦3.5mm。
本發明的光學成像系統之一種實施方式，可藉由具有高色散係數與低色散係數之透鏡交錯排列，而助於光學成像系統色差的修正。
上述非球面之方程式係為：z=ch2/[1+[1(k+1)c2h2]0.5]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12+A14h14+A16h16+A18h18+A20h20+... (1)其中，z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值，k為錐面係數，c為曲率半徑的倒數，且A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18以及A20為高階非球面係數。
本發明提供的光學成像系統中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當透鏡材質為塑膠，可以有效降低生產成本與重量。另當透鏡的材質為玻璃，則可以控制熱效應並且增加光學成像系統屈折力配置的設計空間。此外，光學成像系統中第一透鏡至第四透鏡的物側面及像側面可為非球面，其可獲得較多的控制變數，除用以消減像差外，相較於傳統玻璃透鏡的使用甚至可縮減透鏡使用的數目，因此能有效降低本發明光學成像系統的總高度。
再者，本發明提供的光學成像系統中，若透鏡表面係為凸面，則表示透鏡表面於近光軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面，則表示透鏡表面於近光軸處為凹面。
另外，本發明的光學成像系統中，依需求可設置至少一光欄，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明的光學成像系統更可視需求應用於移動對焦的光學系統中，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色，從而擴大應用層面。
本發明的光學成像系統更可視需求包括一驅動模組，該驅動模組可與該些透鏡相耦合並使該些透鏡產生位移。前述驅動模組可以是音圈馬達(VCM)用於帶動鏡頭進行對焦，或者為光學防手振元件(OIS)用於降低拍攝過程因鏡頭振動所導致失焦的發生頻率。
本發明的光學成像系統更可視需求令第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡中至少一透鏡為波長小於500nm之光線濾除元件，其可藉由該特定具濾除功能之透鏡的至少一表面上鍍膜或該透鏡本身即由具可濾除短波長之材質所製作而達成。
本發明的光學成像系統之成像面更可視需求選擇為一平面或一曲面。當成像面為一曲面(例如具有一曲率半徑的球面)，有助於降低聚焦光線於成像面所需之入射角，除有助於達成微縮光學成像系統之長度(TTL)外，對於提升相對照度同時有所助益。
本發明的光學成像系統中各透鏡之物側面可視需求設定具有一物側承靠面(以BSO表示；Bearing Surface of Object side)，其像側面亦可視需求設定具有一像側承靠面(以BSI表示；Bearing Surface of Image side)，各鏡片間可藉由本身之物側承靠面以及像側承靠面可視需求設定分 別與相鄰之前透鏡以及後透鏡相互嵌合之接觸面而形成一堆疊結構，前述接觸面於透鏡徑向之輪廓長度以BSL表示，其滿足下列條件：0.01mm≦BSL≦1mm。較佳實施態樣可設定下列條件：0.05mm≦BSL≦0.5mm。最佳實施態樣可設定下列條件：0.08mm≦BSL≦0.2mm。
本發明的光學成像系統中，其堆疊結構可視需求而設計為一嵌，例如第一透鏡其像側面具有第一像側承靠面，第二透鏡之物側面具有第二物側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸並嵌合；或設計為二嵌，例如以一嵌為前提，其第二透鏡其像側面具有第二像側承靠面，第三透鏡之物側面具有第三物側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸並嵌合。
或設計為三嵌或全嵌，以具有七片透鏡之光學成像系統為例，以二嵌為前提，其第三透鏡其像側面具有第三像側承靠面，第四透鏡之物側面具有第四物側承靠面，該第四物側承靠面與該第三像側承靠面互相接觸並嵌合；第四透鏡其像側面具有第四像側承靠面，第五透鏡之物側面具有第五物側承靠面，該第五物側承靠面與該第四像側承靠面互相接觸並嵌合；第五透鏡其像側面具有第五像側承靠面，第六透鏡之物側面具有第六側承靠面，該第六物側承靠面與該第五像側承靠面互相接觸並嵌合；第六透鏡其像側面具有第六像側承靠面，第七透鏡之物側面具有第七側承靠面，該第七物側承靠面與該第六像側承靠面互相接觸並嵌合。
該第一像側承靠面至該第七像側承靠面之延伸線可依需求設定朝向物側或成像面延伸並與該光軸相交成一夾角IAG，分別以IAG1、IAG2、IAG3、IAG4、IAG5、IAG6、IAG7表示，其滿足下列條件：0 deg<IAG≦90 deg。前述IAG1至IAG7的數值大小可依實際成像系統規格需求而成不同角度，較佳實施態樣可設定下列條件：0 deg<IAG≦45 deg。最佳實施態樣可設定下列條件：0 deg<IAG≦30 deg以及IAG1至IAG7彼此間為相同角度，亦即IAG1=IAG2=IAG3=IAG4=IAG5=IAG6=IAG7。
前述七片透鏡之光學成像系統的全嵌結構為例，該第一物側承靠面至該第七物側承靠面之延伸線可依需求設定朝向物 側或成像面延伸並與該光軸相交成一夾角OAG，分別以OAG1、OAG2、OAG3、OAG4、OAG5、OAG6、OAG7表示，其滿足下列條件：0 deg<OAG≦90 deg。前述OAG1至OAG7的數值大小可依實際成像系統規格需求而成不同角度，較佳實施態樣可設定下列條件：0 deg<OAG≦45 deg。最佳實施態樣可設定下列條件：0 deg<OAG≦30 deg以及OAG1至OAG7彼此間為相同角度，亦即OAG1=OAG2=OAG3=OAG4=OAG5=OAG6=OAG7。
請參照第7圖，係繪示本發明第七實施例的一種光學成像系統的全嵌合結構示意圖，其組裝方式可適用於第一實施例至第六實施例，所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角的態樣，其中IAG1至IAG3以及OAG2至OAG4之角度均相同，並均設定為25 deg。光學成像系統由物側至像側依序包含光圈700、第一透鏡710、第二透鏡720、第三透鏡730以及第四透鏡740、成像面790。該第一透鏡之像側面具有第一像側承靠面718；該第二透鏡具有之物側面具有第二物側承靠面726，其像側面具有第二像側承靠面728，該第二物側承靠面726與該第一像側承靠面718互相接觸；該第三透鏡具有之物側面具有第三物側承靠面736，其像側面具有第三像側承靠面738，該第三物側承靠面736與該第二像側承靠面728互相接觸；該第四透鏡具有之物側面具有第四物側承靠面746，其像側面具有第四像側承靠面748，該第四物側承靠面746與該第三像側承靠面738互相接觸，各鏡片間可藉由本身之物側承靠面以及像側承靠面分別與相鄰之前透鏡以及後透鏡相互嵌合之接觸面而形成一堆疊結構。
請參照第8圖，係繪示本發明第八實施例的一種光學成像系統全嵌合結構示意圖，其組裝方式可適用於第一實施例至第六實施例，所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向成像面延伸並與該光軸相交成一夾角的態樣其中IAG1至IAG3以及OAG2至OAG4之角度均相同，並均設定為25 deg。光學成像系統由物側至像側依序包含光圈800、第一透鏡810、第二透鏡820、第三透鏡830以及第四透鏡840、成像面890。該第一透鏡之像側面具有第一像側承靠面818；該第二透鏡具有之物側面具有第二物側承靠面826，其像側面具有第二像側承靠面828，該第二物側承靠面826 與該第一像側承靠面818互相接觸；該第三透鏡具有之物側面具有第三物側承靠面836，其像側面具有第三像側承靠面838，該第三物側承靠面836與該第二像側承靠面828互相接觸；該第四透鏡具有之物側面具有第四物側承靠面846，其像側面具有第四像側承靠面848，該第四物側承靠面846與該第三像側承靠面838互相接觸，各鏡片間可藉由本身之物側承靠面以及像側承靠面分別與相鄰之前透鏡以及後透鏡相互嵌合之接觸面而形成一堆疊結構。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
第一實施例
請參照第1A圖及第1B圖，其中第1A圖繪示依照本發明第一實施例的一種光學成像系統的示意圖，第1B圖由左至右依序為第一實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第1C圖係繪示本實施例之可見光頻譜調制轉換特徵圖。由第1A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡110、第二透鏡120、光圈100、第三透鏡130、第四透鏡140、紅外線濾光片170、成像面180以及影像感測元件190。
第一透鏡110具有負屈折力，且為玻璃材質，其物側面112為凸面，其像側面114為凹面，並皆為非球面。第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP1表示。
第一透鏡物側面於光軸上的交點至第一透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI111表示，第一透鏡像側面於光軸上的交點至第一透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI121表示，其滿足下列條件：SGI111=0mm；SGI121=0mm；｜SGI111｜/(｜SGI111｜+TP1)=0；｜SGI121｜/(｜SGI121｜+TP1)=0。
第一透鏡物側面於光軸上的交點至第一透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF111表示，第一透鏡像側面於光軸上的交點至第一透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF121表示，其滿足下列條件：HIF111=0mm；HIF121=0mm；HIF111/HOI=0；HIF121/HOI=0。
第二透鏡120具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面122為凹面，其像側面124為凸面，並皆為非球面，且其物側面122具有一反曲點。第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP2表示。
第二透鏡物側面於光軸上的交點至第二透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI211表示，第二透鏡像側面於光軸上的交點至第二透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI221表示，其滿足下列條件：SGI211=-0.13283mm；｜SGI211｜/(｜SGI211｜+TP2)=0.05045。
第二透鏡物側面於光軸上的交點至第二透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF211表示，第二透鏡像側面於光軸上的交點至第二透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF221表示，其滿足下列條件：HIF211=2.10379mm；HIF211/HOI=0.69478。
第三透鏡130具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面132為凹面，其像側面134為凹面，並皆為非球面，且其像側面134具有一反曲點。第三透鏡於光軸上之厚度為TP3，第三透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP3表示。
第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI321表示，其滿足下列條件：SGI321=0.01218mm；｜SGI321｜/(｜SGI321｜+TP3)=0.03902。
第三透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF321表示，其滿足下列條件：HIF321=0.84373mm；HIF321/HOI=0.27864。
第四透鏡140具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面142為凸面，其像側面144為凸面，並皆為非球面，且其像側面144具有一反曲點。第四透鏡於光軸上之厚度為TP4，第四透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP4表示。
第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI411表示，第四透鏡像側面於光軸上的交點至第四透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI421表示，其滿足下列條件：SGI411=0mm；SGI421=-0.41627mm；｜SGI411｜/(｜SGI411｜+TP4)=0；｜SGI421｜/(｜SGI421｜+TP4)=0.25015。
第四透鏡物側面於光軸上的交點至第四透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI412表示，其滿足下列條件：SGI412=0mm；｜SGI412｜/(｜SGI412｜+TP4)=0。
第四透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF411表示，第四透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF411表示，其滿足下列條件：HIF411=0mm；HIF421=1.55079mm；HIF411/HOI=0；HIF421/HOI=0.51215。
第四透鏡物側面第二近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF412表示，其滿足下列條件：HIF412=0mm；HIF412/HOI=0。
第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之距離為ETL，第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：ETL=18.744mm；EIN=12.339mm；EIN/ETL=0.658。
本實施例滿足下列條件，ETP1=0.949mm；ETP2=2.483mm；ETP3=0.345mm；ETP4=1.168mm。前述ETP1至ETP4的總和SETP=4.945mm。TP1=0.918mm；TP2=2.500mm；TP3=0.300mm；TP4=1.248mm；前述TP1至TP4的總和STP=4.966mm；SETP/STP=0.996。
本實施例為特別控制各該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)，以在製造性以及修正像差能力間取得平衡，其滿足下列條件，ETP1/TP1=1.034；ETP2/TP2=0.993；ETP3/TP3=1.148；ETP4/TP4=0.936。
本實施例為控制各相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離，以在光學成像系統之長度HOS”微縮”程度、製造性以及修正 像差能力三者間取得平衡，特別是控制該相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的水平距離(ED)與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離(IN)間的比例關係(ED/IN)，其滿足下列條件，第一透鏡與第二透鏡間在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之平行於光軸的水平距離為ED12=4.529mm；第二透鏡與第三透鏡間在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之平行於光軸的水平距離為ED23=2.735mm；第三透鏡與第四透鏡間在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之平行於光軸的水平距離為ED34=0.131mm。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上之水平距離為IN12=4.571mm，兩者間的比值為ED12/IN12=0.991。第二透鏡與第三透鏡於光軸上之水平距離為IN23=2.752mm，兩者間的比值為ED23/IN23=0.994。第三透鏡與第四透鏡於光軸上之水平距離為IN34=0.094mm，兩者間的比值為ED34/IN34=1.387。
第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為EBL=6.405mm，第四透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面之間平行於光軸的水平距離為BL=6.3642mm，本發明之實施例可滿足下列公式：EBL/BL=1.00641。本實施例第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至紅外線濾光片之間平行於光軸的距離為EIR=0.065mm，第四透鏡像側面上與光軸之交點至紅外線濾光片之間平行於光軸的距離為PIR=0.025mm，並滿足下列公式：EIR/PIR=2.631。
紅外線濾光片170為玻璃材質，其設置於第四透鏡140及成像面180間且不影響光學成像系統的焦距。
第一實施例的光學成像系統中，光學成像系統的焦距為f，光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，光學成像系統中最大視角的一半為HAF，其數值如下：f=2.6841mm；f/HEP=2.7959；以及HAF=70度與tan(HAF)=2.7475。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110的焦距為f1，第四透鏡140的焦距為f4，其滿足下列條件：f1=-5.4534mm；｜f/f1｜=0.4922；f4=2.7595mm；以及｜f1/f4｜=1.9762。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120至第三透鏡130的焦距分別為f2、f3，其滿足下列條件：｜f2｜+｜f3｜=13.2561mm； ｜f1｜+｜f4｜=8.2129mm以及｜f2｜+｜f3｜>｜f1｜+｜f4｜。
光學成像系統的焦距f與每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之比值PPR，光學成像系統的焦距f與每一片具有負屈折力之透鏡的焦距fn之比值NPR，第一實施例的光學成像系統中，所有正屈折力之透鏡的PPR總和為ΣPPR=｜f/f2｜+｜f/f4｜=1.25394，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為ΣNPR=｜f/f1｜+｜f/f2｜=1.21490，ΣPPR/｜ΣNPR｜=1.03213。同時亦滿足下列條件：｜f/f1｜=0.49218；｜f/f2｜=0.28128；｜f/f3｜=0.72273；｜f/f4｜=0.97267。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡物側面112至第四透鏡像側面144間的距離為InTL，第一透鏡物側面112至成像面180間的距離為HOS，光圈100至成像面180間的距離為InS，影像感測元件190有效感測區域對角線長的一半為HOI，第四透鏡像側面144至成像面180間的距離為InB，其滿足下列條件：InTL+InB=HOS；HOS=18.74760mm；HOI=3.088mm；HOS/HOI=6.19141；HOS/f=6.9848；InTL/HOS=0.6605；InS=8.2310mm；以及InS/HOS=0.4390。
第一實施例的光學成像系統中，於光軸上所有具屈折力之透鏡的厚度總和為ΣTP，其滿足下列條件：ΣTP=4.9656mm；以及ΣTP/InTL=0.4010。藉此，當可同時兼顧系統成像的對比度以及透鏡製造的良率並提供適當的後焦距以容置其他元件。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡物側面112的曲率半徑為R1，第一透鏡像側面114的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：｜R1/R2｜=9.6100。藉此，第一透鏡的具備適當正屈折力強度，避免球差增加過速。
第一實施例的光學成像系統中，第四透鏡物側面142的曲率半徑為R7，第四透鏡像側面144的曲率半徑為R8，其滿足下列條件：(R7-R8)/(R7+R8)=-35.5932。藉此，有利於修正光學成像系統所產生的像散。
第一實施例的光學成像系統中，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=12.30183mm；以及f4/ΣPP=0.22432。藉此，有助於適當分配第四透鏡140之正屈折力至其他正透鏡， 以抑制入射光線行進過程顯著像差的產生。
第一實施例的光學成像系統中，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=-14.6405mm；以及f1/ΣNP=0.59488。藉此，有助於適當分配第四透鏡之負屈折力至其他負透鏡，以抑制入射光線行進過程顯著像差的產生。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的間隔距離為IN12，其滿足下列條件：IN12=4.5709mm；IN12/f=1.70299。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120與第三透鏡130於光軸上的間隔距離為IN23，其滿足下列條件：IN23=2.7524mm；IN23/f=1.02548。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第三透鏡130與第四透鏡140於光軸上的間隔距離為IN34，其滿足下列條件：IN34=0.0944mm；IN34/f=0.03517。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的厚度分別為TP1以及TP2，其滿足下列條件：TP1=0.9179mm；TP2=2.5000mm；TP1/TP2=0.36715以及(TP1+IN12)/TP2=2.19552。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第三透鏡130與第四透鏡140於光軸上的厚度分別為TP3以及TP4，前述兩透鏡於光軸上的間隔距離為IN34，其滿足下列條件：TP3=0.3mm；TP4=1.2478mm；TP3/TP4=0.24043以及(TP4+IN34)/TP3=4.47393。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並降低系統總高度。
第一實施例的光學成像系統中，其滿足下列條件：IN23/(TP2+IN23+TP3)=0.49572。藉此有助層層微幅修正入射光行進過程所產生的像差並降低系統總高度。
第一實施例的光學成像系統中，第四透鏡物側面142於光軸上的交點至第四透鏡物側面142的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS41，第四透鏡像側面144於光軸上的交點至第四透鏡像側面144的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS42，第四透鏡140於光 軸上的厚度為TP4，其滿足下列條件：InRS41=0.2955mm；InRS42=-0.4940mm；｜InRS41｜+｜InRS42｜=0.7894mm；｜InRS41｜/TP4=0.23679；以及｜InRS42｜/TP4=0.39590。藉此有利於鏡片製作與成型，並有效維持其小型化。
本實施例的光學成像系統中，第四透鏡物側面142的臨界點C41與光軸的垂直距離為HVT41，第四透鏡像側面144的臨界點C42與光軸的垂直距離為HVT42，其滿足下列條件：HVT41=0mm；HVT42=0mm。
本實施例光學成像系統其滿足下列條件：HVT42/HOI=0。
本實施例光學成像系統其滿足下列條件：HVT42/HOS=0。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡的色散係數為NA1，第二透鏡的色散係數為NA2，第三透鏡的色散係數為NA3，第四透鏡的色散係數為NA4，其滿足下列條件：｜NA1-NA2｜=0.0351。藉此，有助於光學成像系統色差的修正。
第一實施例的光學成像系統中，光學成像系統於結像時之 TV畸變為TDT，結像時之光學畸變為ODT，其滿足下列條件：TDT=37.4846%；ODT=-55.3331%。
本實施例的光學成像系統中，可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於四分之一空間頻率(110cycles/mm)之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0約為0.65；MTFQ3約為0.52；以及MTFQ7約為0.42。可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率55cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，其滿足下列條件：MTFE0約為0.84；MTFE3約為0.76；以及MTFE7約為0.69。
本實施例的光學成像系統中，紅外線工作波長850nm當聚焦在成像面上，影像在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率(55cycles/mm)之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFI0、MTFI3以及MTFI7表示，其滿足下列條件：MTFI0約為0.83；MTFI3約為0.79；以及MTFI7約為0.65。
本實施例的光學成像系統中，所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向成像面延伸並與該光軸相交成一夾角的態樣，其中IAG1至IAG2以及OAG2至OAG3之角度均相同，並均設定為90 deg。各鏡片間藉由相互嵌合之接觸面而形成一堆疊結構，前述所有接觸面於透鏡徑向之輪廓長度BSL，滿足下列條件：BSL=0.1mm。
再配合參照下列表一以及表二。
表一為第1圖第一實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度、距離及焦距的單位為mm，且表面0-14依序表示由物側至像側的表面。表二為第一實施例中的非球面數據，其中，k表非球面曲線方程式中的錐面係數，A1-A20則表示各表面第1-20階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，在此不加贅述。
第二實施例
請參照第2A圖及第2B圖，其中第2A圖繪示依照本發明第二實施例的一種光學成像系統的示意圖，第2B圖由左至右依序為第二實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第2C圖係繪示本實施例之可見光頻譜調制轉換特徵圖。由第2A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡210、光圈200、第二透鏡220、第三透鏡230、第四透鏡240、紅外線濾光片270、成像面280以及影像感測元件290。本實施例各透鏡之所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角(未繪示)
第一透鏡210具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面212為凸面，其像側面214為凹面，並皆為非球面，且其物側面212以及像側面214均具有一反曲點。
第二透鏡220具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面222為凸面，其像側面224為凸面，並皆為非球面，且其物側面222具有一反曲點。
第三透鏡230具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面232為凹面，其像側面234為凸面，並皆為非球面，且其物側面232以及像側面234均具有一反曲點。
第四透鏡240具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面242為凸面，其像側面244為凹面，並皆為非球面，且其物側面242以及像側面244均具有一反曲點。
紅外線濾光片270為玻璃材質，其設置於第四透鏡240及成像面280間且不影響光學成像系統的焦距。
第二實施例的光學成像系統中，第二透鏡、第三透鏡均為正 透鏡，其個別焦距分別為f2以及f3，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f2+f3。藉此，有助於適當分配單一透鏡之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第二實施例的光學成像系統中，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=f1+f4。
請配合參照下列表三以及表四。
第二實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表三及表四可得到下列條件式數值：
依據表三及表四可得到下列條件式數值：
第三實施例
請參照第3A圖及第3B圖，其中第3A圖繪示依照本發明第三實施例的一種光學成像系統的示意圖，第3B圖由左至右依序為第三實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第3C圖係繪示本實施例之可見光頻譜調制轉換特徵圖。由第3A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡310、光圈300、第二透鏡320、第三透鏡330、第四透鏡340、紅外線濾光片370、成像面380以及影像感測元件390。本實施例各透鏡之所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角(未繪示)
第一透鏡310具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面312為凸面，其像側面314為凹面，並皆為非球面，其物側面312以及像側面314均具有一反曲點。
第二透鏡320具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面322為凸面，其像側面324為凸面，並皆為非球面，其物側面322以及像側面324均具有一反曲點。
第三透鏡330具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面332為凹面，其像側面334為凸面，並皆為非球面，其物側面332以及像側面334均具有一反曲點。
第四透鏡340具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面342為凸面，其像側面344為凹面，並皆為非球面，且其物側面342以及像側面344均具有一反曲點。
紅外線濾光片370為玻璃材質，其設置於第四透鏡340及成像面380間且不影響光學成像系統的焦距。
第三實施例的光學成像系統中，第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡均為正透鏡，其個別焦距分別為f1、f2以及f3，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f1+f2+f3。藉此，有助於適當分配單一透鏡之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第三實施例的光學成像系統中，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=f4。
請配合參照下列表五以及表六。
第三實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表五及表六可得到下列條件式數值：
依據表五及表六可得到下列條件式數值：
第四實施例
請參照第4A圖及第4B圖，其中第4A圖繪示依照本發明第四實施例的一種光學成像系統的示意圖，第4B圖由左至右依序為第四實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第4C圖係繪示本實施例之可見光頻 譜調制轉換特徵圖。由第4A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡410、光圈400、第二透鏡420、第三透鏡430、第四透鏡440、紅外線濾光片470、成像面480以及影像感測元件490。本實施例各透鏡之所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角(未繪示)
第一透鏡410具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面412為凸面，其像側面414為凹面，並皆為非球面，且其物側面412以及像側面414均具有一反曲點。
第二透鏡420具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面422為凸面，其像側面424為凸面，並皆為非球面，且其物側面422具有一反曲點。
第三透鏡430具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面432為凹面，其像側面434為凸面，並皆為非球面，且其物側面432以及像側面434均具有一反曲點。
第四透鏡440具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面442為凸面，其像側面444為凹面，並皆為非球面，且其物側面442以及像側面444均具有一反曲點。
紅外線濾光片470為玻璃材質，其設置於第四透鏡440及成像面480間且不影響光學成像系統的焦距。
第四實施例的光學成像系統中，第一透鏡、第二透鏡與第四透鏡均為正透鏡，其個別焦距分別為f1、f2以及f4，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f1+f2+f4。藉此，有助於適當分配單一透鏡之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第四實施例的光學成像系統中，第三透鏡之個別焦距分別為f3，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=f3。
請配合參照下列表七以及表八。
第四實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表七及表八可得到下列條件式數值：
依據表七及表八可得到下列條件式數值：
第五實施例
請參照第5A圖及第5B圖，其中第5A圖繪示依照本發明第五實施例的一種光學成像系統的示意圖，第5B圖由左至右依序為第五實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第5C圖係繪示本實施例之可見光頻譜調制轉換特徵圖。由第5A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡510、光圈500、第二透鏡520、第三透鏡530、第四透鏡540、紅外線濾光片570、成像面580以及影像感測元件590。本實施例各透鏡之所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸 相交成一夾角(未繪示)
第一透鏡510具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面512為凸面，其像側面514為凹面，並皆為非球面，且其物側面512以及像側面514均具有一反曲點。
第二透鏡520具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面522為凸面，其像側面524為凸面，並皆為非球面，且其物側面522具有一反曲點。
第三透鏡530具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面532為凹面，其像側面534為凸面，並皆為非球面，且其物側面532以及像側面534均具有一反曲點。
第四透鏡540具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面542為凸面，其像側面544為凹面，並皆為非球面，且其物側面542以及像側面544均具有一反曲點。
紅外線濾光片570為玻璃材質，其設置於第四透鏡540及成像面580間且不影響光學成像系統的焦距。
第五實施例的光學成像系統中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均為正透鏡，其個別焦距分別為f1、f2以及f3，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f1+f2+f3。藉此，有助於適當分配單一透鏡之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第五實施例的光學成像系統中，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=f4。
請配合參照下列表九以及表十。
第五實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表九及表十可得到下列條件式數值：
依據表九及表十可得到下列條件式數值：
第六實施例
請參照第6A圖及第6B圖，其中第6A圖繪示依照本發明第六實施例的一種光學成像系統的示意圖，第6B圖由左至右依序為第六實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第6C圖係繪示本實施例之可見光頻譜調制轉換特徵圖。由第6A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡610、光圈600、第二透鏡620、第三透鏡630、第四透鏡640、紅外線濾光片670、成像面680以及影像感測元件690。本實施例各透鏡之所有像側承靠面以及所有物側承靠面均設定朝向物側延伸並與該光軸相交成一夾角(未繪示)
第一透鏡610具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面612為凸面，其像側面614為凹面，並皆為非球面，且其物側面612具有一反曲點。
第二透鏡620具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面622 為凸面，其像側面624為凸面，並皆為非球面，且其物側面622具有一反曲點。
第三透鏡630具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面632為凹面，其像側面634為凸面，並皆為非球面，且其物側面632具有一反曲點。
第四透鏡640具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面642為凸面，其像側面644為凹面，並皆為非球面，且其物側面642以及像側面644均具有一反曲點。
紅外線濾光片670為玻璃材質，其設置於第四透鏡640及成像面680間且不影響光學成像系統的焦距。
第五實施例的光學成像系統中，第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡均為正透鏡，其個別焦距分別為f1以及f2與f3，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f1+f2+f3。藉此，有助於適當分配單一透鏡之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第五實施例的光學成像系統中，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP=f4。
請配合參照下列表十一以及表十二。
第六實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表十一及表十二可得到下列條件式數值：
依據表十一及表十二可得到下列條件式數值：
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。
雖然本發明已參照其例示性實施例而特別地顯示及描述，將為所屬技術領域具通常知識者所理解的是，於不脫離以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明之精神與範疇下可對其進行形式與細節上之各種變更。

Claims (21)

  1. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面；一第二透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸；一第三透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第三物側承靠面與其像側面具有第三像側承靠面；一第四透鏡，具有屈折力；以及一成像面，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，並且該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面與光軸之交點至該成像面與光軸之交點間具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度分別為ETP1、ETP2、ETP3以及ETP4，前述ETP1至ETP4的總和為SETP，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡於光軸之厚度分別為TP1、TP2、TP3以及TP4，前述TP1至 TP4的總和為STP，該第一像側承靠面至該第三像側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角IAG，分別以IAG1、IAG2、IAG3表示，其滿足下列條件：1.0≦f/HEP≦2.7959；0 deg<HAF≦70 deg；0 deg<IAG≦90 deg以及0.5≦SETP/STP<1。
  2. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸。
  3. 如請求項2所述之光學成像系統，其中該第四透鏡之物側面具有第四物側承靠面與其像側面具有第四像側承靠面，該第四物側承靠面與該第三像側承靠面互相接觸。
  4. 如請求項1所述之光學成像系統，其中IAG1、IAG2以及IAG3滿足下列條件：IAG1=IAG2=IAG3。
  5. 如請求項2所述之光學成像系統，其中該第二物側承靠面至該第三物側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角OAG，分別以OAG2與OAG3表示，其滿足下列條件：0 deg<OAG≦90 deg。
  6. 如請求項5所述之光學成像系統，其中OAG2與OAG3滿足下列條件：OAG2=OAG3。
  7. 如請求項1所述之光學成像系統，其中可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率55cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以 MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，其滿足下列條件：MTFE0≧0.2；MTFE3≧0.01；以及MTFE7≧0.01。
  8. 如請求項1所述之光學成像系統，其中更包括一光圈，於該光軸上該光圈至該成像面於光軸上具有一距離InS，該光學成像系統設有一影像感測元件於該成像面，係滿足下列關係式：0.1≦InS/HOS≦1.1。
  9. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面；一第二透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸；一第三透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第三物側承靠面與其像側面具有第三像側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸；一第四透鏡，具有屈折力；以及一成像面；其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，該第一像側承靠面至該第二像側承靠面之延伸線均可與光軸相交成一夾角IAG，分別為IAG1、IAG2，該第二物側承靠面至該第三物側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角OAG，分別為OAG2、OAG3，該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、 f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面與光軸之交點至該成像面與光軸之交點間具有一距離HOS，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：0 deg<IAG≦45 deg；0 deg<OAG≦45 deg；1.0≦f/HEP≦2.7959；0 deg<HAF≦70 deg；以及0.2≦EIN/ETL<1。
  10. 如請求項9所述之光學成像系統，其中IAG1以及IAG2滿足下列條件：IAG1=IAG2。
  11. 如請求項9所述之光學成像系統，其中OAG2以及OAG3滿足下列條件：OAG2=OAG3。
  12. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為EBL，該第四透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面平行於光軸之水平距離為BL，其滿足下列公式：0.5≦EBL/BL<2.0。
  13. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該光學成像系統包括一濾光元件，該濾光元件位於該第四透鏡以及該成像面之間，該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該濾光元件間平行於光軸之距離為EIR，該第四透鏡像 側面上與光軸之交點至該濾光元件間平行於光軸之距離為PIR，其滿足下列公式：0.2≦EIR/PIR≦2。
  14. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，該第四透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP4，前述ETP1至ETP4的總和為SETP，其滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN≦0.9。
  15. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第四透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP4，該第四透鏡於光軸上的厚度為TP4，其滿足下列條件：0.5≦ETP4/TP4≦3.0。
  16. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率110cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0≧0.2；MTFQ3≧0.01；以及MTFQ7≧0.01。
  17. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡中至少一透鏡為波長小於500nm之光線濾除元件。
  18. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力並且其像側面具有第一像側承靠面；一第二透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第二物側承靠面與其像側面具有第二像側承靠面，該第二物側承靠面與該第一像側承靠面互相接觸；一第三透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第三物側承靠面與其像側面具有第三像側承靠面，該第三物側承靠面與該第二像側承靠面互相接觸；一第四透鏡，具有屈折力並且其物側面具有第四物側承靠面與其像側面具有第四像側承靠面，該第四物側承靠面與該第三像側承靠面互相接觸；以及一成像面；其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，其中該第一像側承靠面至該第三像側承靠面以及該第二物側承靠面至該第四物側承靠面之延伸線均可朝向物側延伸並與光軸相交，該第一像側承靠面至該第三像側承靠面之延伸線均可與光軸相交成一夾角IAG，分別為IAG1、IAG2、IAG3，該第二物側承靠面至該第四物側承靠面之延伸線均可與該光軸相交成一夾角OAG，分別為OAG2、OAG3、OAG4，該第一透鏡至該第四透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第四透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面與光 軸之交點至該成像面與光軸之交點間具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第四透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大視角的一半為HAF，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第四透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：0 deg<IAG≦45 deg；0 deg<OAG≦45 deg；1.0≦f/HEP≦2.7959；0 deg<HAF≦70 deg；以及0.2≦EIN/ETL<1。
  19. 如請求項18所述之光學成像系統，其中該些透鏡物側承靠面與該些透鏡像側承靠面相接觸之透鏡徑向輪廓長度為BSL，其滿足下列條件：0.01mm≦BSL≦1mm。
  20. 如請求項18所述之光學成像系統，其中該成像面可選擇為一平面或一曲面。
  21. 如請求項20所述之光學成像系統，該系統更包括一光圈、一影像感測元件以及一驅動模組，該影像感測元件設置於該成像面，於該光圈至該成像面於光軸上具有一距離InS，該驅動模組可與該些透鏡相耦合並使該些透鏡產生位移，其滿足：0.1≦InS/HOS≦1.1。
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