TWI633329B

TWI633329B - 光學成像鏡頭

Info

Publication number: TWI633329B
Application number: TW106123249A
Authority: TW
Inventors: 馬修博恩; 林文斌; 張曉輝
Original assignee: 玉晶光電股份有限公司
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-08-21
Also published as: CN114578529A; CN107436476A; TW201805682A; US10302912B2; US20180372996A1

Abstract

一種光學成像鏡頭，從一物側至一像側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一光圈、一第四透鏡、一第五透鏡與一第六透鏡，其中第一透鏡具有負屈光率，第二透鏡具有負屈光率，第四透鏡的物側面具有位於光軸附近區域的一凸面部，第五透鏡的像側面具有位於光軸附近區域的一凹面部，另外，至少一片與一光圈相鄰的透鏡具有正屈光率且材質為玻璃，其餘具有屈光率的非玻璃透鏡材質皆為塑膠，且該第二透鏡的阿貝係數(Abbe number)為ν2，該第三透鏡的阿貝係數為ν3，並滿足以下條件：│ν2-ν3│≤15.000。

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可見光（visible）與近紅外線（NIR）之雙波段（dual band）之光線成像，並應用於可攜式電子產品或各種需要收錄影像之裝置，例如：行動電話、相機、平板電腦、個人數位助理（Personal Digital Assistant, PDA）、交通工具或救援裝置等中。

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，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為成像品質與體積。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。

此外，電子裝置在不同使用環境下，環境溫度的差異可能使得光學透鏡系統的焦距產生變化，進而影響成像品質，因此期望透鏡組的系統焦距偏移量不容易受溫度的變化影響。

又，光學成像鏡頭應用不只僅限於拍攝影像與錄影，還有環境監視、行車紀錄攝影、虛擬實境偵測器(VR tracker)、人臉辨識等。但隨著應用的類型增多，同時偵測可見光(visible)與近紅外線(NIR)的需求也愈多，因此一種裝置可能需同時設置至少一顆可見光成像鏡頭與ㄧ顆近紅外線成像鏡頭，不僅增加裝置的成本與複雜度，更影響裝置外觀的設計。而若要設計可同時接收可見光(visible)與近紅外線(NIR)之雙波段光學成像鏡頭，由於可見光與近紅外線於光學成像鏡頭中之焦距通常不同，因此要於像平面接收不同波段的光線，過去之技術為利用鏡頭模組之音圈馬達(VCM)移動感測器的位置以進行對焦。

有鑑上述之問題，鏡頭除了成像品質良好及鏡頭長度縮短以外，同時具備不同環境溫度下低焦距偏移量以及簡化可見光(visible)與近紅外線(NIR)之雙波段(Dual Band)偵測的功效都是本設計的改善重點。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增加鏡頭半視角、又有雙波段性質、同時具備不同環境溫度下低焦距偏移量、還能維持鏡頭適當長度的光學成像鏡頭。本發明的六片式光學成像鏡頭，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、第五透鏡與第六透鏡。第一透鏡至第六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，第一透鏡具有負屈光率，第二透鏡具有負屈光率，第四透鏡的物側面具有位於光軸附近區域的一凸面部，第五透鏡的像側面具有位於光軸附近區域的一凹面部，其中至少一片與一光圈相鄰的透鏡具有正屈光率且材質為玻璃，其餘具有屈光率的非玻璃透鏡材質皆為塑膠，且第二透鏡的阿貝係數(Abbe number)為ν2，第三透鏡的阿貝係數為ν3，並滿足以下條件：│ν2-ν3│≤15.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G12，第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G45，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G12/G45≤12.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G34，第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G34/T2≤5.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G23，第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G23/T2≤2.500。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G34，第四透鏡在光軸上的中心厚度為T4，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T4/G34≤10.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G45，第四透鏡在光軸上的中心厚度為T4，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T4/G45≤10.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G23，第五透鏡在光軸上的中心厚度為T5，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G23/T5≤3.500。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第四透鏡與第五透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G45，第六透鏡在光軸上的中心厚度為T6，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T6/G45≤5.300。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G34，第五透鏡與第六透鏡之間在光軸上的一空氣間隙為G56，第五透鏡在光軸上的中心厚度為T5，第六透鏡在光軸上的中心厚度為T6，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：(T5+G56+T6)/G34≤3.900。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第六透鏡的像側面至一成像面在光軸上的長度為BFL，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：BFL/T1≤5.500。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡到第六透鏡在光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：AAG/T1≤5.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡的物側面到第六透鏡的像側面在光軸上的距離為TL，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/T1≤15.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡的物側面至一成像面在光軸上的長度為TTL，第三透鏡在光軸上的中心厚度為T3，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TTL/T3≤11.000。

在本發明光學成像鏡頭中，其中光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，第三透鏡在光軸上的中心厚度為T3，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T3/EFL≤3.100。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡到第六透鏡在光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，第六透鏡的像側面至一成像面在光軸上的長度為BFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：ALT/BFL≤5.300。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡的物側面到第六透鏡的像側面在光軸上的距離為TL，第六透鏡的像側面至一成像面在光軸上的長度為BFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/BFL≤6.200。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡的物側面至一成像面在光軸上的長度為TTL，第一透鏡到第六透鏡在光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TTL/ALT≤2.300。

在本發明光學成像鏡頭中，第一透鏡到第六透鏡在光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：ALT/EFL≤7.100。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡的物側面到第六透鏡的像側面在光軸上的距離為TL，第一透鏡到第六透鏡在光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/AAG≤5.500。

在本發明光學成像鏡頭中，其中第一透鏡到第六透鏡在光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：AAG/EFL≤3.200。

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、第六透鏡60、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、第六透鏡60都可以是由透明的塑膠材質所製成，但本發明不以此為限。例如，視情況需要，第一透鏡10與第四透鏡40可以是由透明的玻璃材質。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、第六透鏡60等這六片透鏡而已。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是設置在第三透鏡30與第四透鏡40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、第二透鏡20、第三透鏡30、光圈80、第四透鏡40、第五透鏡50、第六透鏡60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，設於第六透鏡60朝向像側的一面62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；第六透鏡60具有物側面61與像側面62。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、第六透鏡60具有第六透鏡厚度T6。所以，在光軸4上光學成像鏡頭1中透鏡的中心厚度總和稱為ALT。亦即，ALT =T1+ T2+ T3+ T4+ T5+ T6。

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、第五透鏡50到第六透鏡60之間空氣間隙寬度稱為G56。所以，第一透鏡10到第六透鏡60之間，位於光軸4上各透鏡間之五個空氣間隙寬度之總和即稱為AAG。亦即，AAG = G12+G23+G34+G45+G56。

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，第六透鏡60的像側面62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至第六透鏡60的像側面62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；f6為第六透鏡60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；n6為第六透鏡60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10的阿貝係數；υ5為第五透鏡50的阿貝係數；及υ6為第六透鏡60的阿貝係數。G6F代表第六透鏡60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為第六透鏡60的像側面62到成像面71在光軸4上的距離、即BFL=G6F+TF+GFP。

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0.753公厘。

第一實施例之光學成像鏡頭系統1主要由六枚具有屈光率之透鏡、濾光片70、光圈80、與成像面71所構成。光圈80是設置在第三透鏡30與第四透鏡40之間。濾光片70可以防止特定波長的光線投射至成像面而影響成像品質。

第一透鏡10的材質為玻璃，並具有負屈光率。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凹面部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凹面部33以及位於圓周附近區域的凹面部34，而朝向像側3的像側面32具有位於光軸附近區域的凸面部36以及在圓周附近的凸面部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材質為玻璃，具有正屈光率，朝向物側2的物側面41具有位於光軸附近區域的凸面部43以及位於圓周附近區域的凸面部44，而朝向像側3的像側面42具有位於光軸附近區域的凸面部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凹面部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。

第六透鏡60具有正屈光率，朝向物側2的物側面61具有位於光軸附近區域的凸面部63以及位於圓周附近區域的凸面部64，朝向像側3的像側面62具有位於光軸附近區域的凸面部66以及位於圓周附近區域的凸面部67。另外，第六透鏡60的物側面61與像側面62均為非球面。濾光片70位於第六透鏡60的像側面62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到第六透鏡60中，所有物側面11/21/31/41/51/61與像側面12/22/32/42/52/62共計十二個曲面。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18所示，非球面數據如圖19所示。在濾光片70與成像面71之間設有一曲率半徑為無限大之虛擬參考面（圖未示）。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）。其中，系統像高為0.753mm，EFL為0.621mm，HFOV為85.019度，TTL為6.732mm，Fno為2.28。此外，第一實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為-0.011mm。

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，另外在本實施例中，第二透鏡20的物側面21具有位於光軸附近區域的凹面部23'，第二透鏡20的像側面22具有位於光軸附近區域的凸面部26'以及圓周附近區域的凸面部27'。

第二實施例詳細的光學數據如圖20所示，非球面數據如圖21所示。系統像高為0.862mm，EFL為0.806mm，HFOV為85.190度，TTL為9.568mm，Fno為2.28。特別是：第二實施例的像差比第一實施例佳，第二實施例的半視角大於第一實施例，第二實施例比第一實施例易於製造因此良率較高。此外，第二實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為0.002mm。

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，另外在本實施例中，第二透鏡20的物側面21具有位於光軸附近區域的凹面部23'，第三透鏡30的物側面31具有位於光軸附近區域的凸面部33'以及圓周附近區域的凸面部34'，第五透鏡50的像側面52具有位於圓周附近區域的凹面部57'。

第三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，其中，系統像高為0.784mm，EFL為0.691mm，HFOV為85.046度，TTL為7.691mm，Fno為2.28。特別是：第三實施例的像差比第一實施例佳，第三實施例的半視角大於第一實施例，第三實施例比第一實施例易於製造因此良率較高。此外，第三實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為-0.001mm。

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，另外在本實施例中，第二透鏡20的物側面21具有位於光軸附近區域的凹面部23'，第二透鏡20的像側面22具有位於光軸附近區域的凸面部26'以及圓周附近區域的凸面部27'，第三透鏡30的物側面31具有位於光軸附近區域的凸面部33'以及圓周附近區域的凸面部34'，第四透鏡40的像側面42具有位於光軸附近區域的凹面部46'以及圓周附近區域的凹面部47'，第五透鏡50的物側面51具有位於光軸附近區域的凸面部53'。

第四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，其中，系統像高為0.993mm，EFL為0.954mm，HFOV為85.050度，TTL為11.348mm，Fno為2.28。特別是：第四實施例的像差比第一實施例佳，第四實施例的半視角大於第一實施例，第四實施例比第一實施例易於製造因此良率較高。此外，第四實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為0.019mm。

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，另外在本實施例中，第二透鏡20的物側面21具有位於圓周附近區域的凸面部24'，第五透鏡50的像側面52具有位於圓周附近區域的凹面部57'。

第五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，其中，系統像高為0.633mm，EFL為0.686mm，HFOV為75.052度，TTL為6.830mm，Fno為2.28。特別是：第五實施例的像差比第一實施例佳，第五實施例比第一實施例易於製造因此良率較高。此外，第五實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為-0.002mm。

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，另外在本實施例中，第三透鏡30的物側面31具有位於光軸附近區域的凸面部33'以及圓周附近區域的凸面部34'，第五透鏡50的像側面52具有位於圓周附近區域的凹面部57'，第六透鏡60的像側面62具有位於圓周附近區域的凹面部67'。

第六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，其中，系統像高為2.333mm，EFL為1.596mm，HFOV為85.020度，TTL為8.210mm，Fno為2.28。特別是：第六實施例的像差比第一實施例佳，第六實施例的半視角大於第一實施例，第六實施例比第一實施例易於製造因此良率較高。此外，第六實施例的光學成像鏡頭設計具有良好的焦距偏移量表現，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下焦距偏移量(Focal shift)為0.000 mm，而在50℃之環境溫度下，其焦距偏移量(Focal shift)為-0.027mm。

另外，各實施例之重要參數則分別整理於圖30與圖31中。

申請人發現，本案的透鏡配置，具有以下的特徵，以及可以達成的對應功效：

1.該第一透鏡具有負屈光率，有助於擴大視場角。

2.該第二透鏡具有負屈光率有助於消除第一透鏡產生的像差。

3.該第四透鏡物側面光軸區域為凸面部，可幫助成像光線收聚。

4.該第五透鏡像側面光軸區域為凹面部，有助於調整第一透鏡至第四透鏡產生的像差。

5.至少一片與光圈相鄰之透鏡具有正屈光率且材質為玻璃，有助於縮小在不同環境溫度下造成的焦距偏移。

6.除了玻璃透鏡以外，其他有屈光率的透鏡都是塑膠透鏡，有助於降低製造成本，且達到輕量化需求。

7.滿足條件式|V2-V3|≤15.000，能夠有效降低光學鏡頭的色像差、提升成像品質，較佳的範圍為0.000≤|V2-V3|≤15.000。

8.透過上述設計之相互搭配可有效縮短鏡頭長度，且在不同環境溫度下具備低焦距偏移量，更能夠達成可見光(visible)與近紅外線(NIR)之雙波段(Dual Band)光線能夠在同一位置之像平面上有良好的成像品質。

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鏡片組。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：

(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。

G12/G45≤12.000，較佳的範圍為0.300≤G12/G45≤12.000；

T6/G45≤5.300，較佳的範圍為0.300≤T6/G45≤5.300；

BFL/T1≤5.500，較佳的範圍為1.000≤BFL/T1≤5.500；

AAG/T1≤5.000，較佳的範圍為1.500≤AAG/T1≤5.000；

ALT/BFL≤5.300，較佳的範圍為0.400≤ALT/BFL≤5.300。

(b) 若滿足以下條件式，縮短EFL有助於視埸角的擴大，所以將EFL趨小設計，若滿足以下條件式，在光學系統厚度薄化的過程中，也有可幫助擴大視場角度。

T3/EFL≤3.100，較佳的範圍為0.100≤T3/EFL≤3.100；

ALT/EFL≤7.100，較佳的範圍為0.700≤ALT/EFL≤7.100；

AAG/EFL≤3.200，較佳的範圍為0.300≤AAG/EFL≤3.200。

(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。

TL/T1≤15.000，較佳的範圍為6.500≤TL/T1≤15.000；

TTL/T3≤11.000，較佳的範圍為3.700≤TTL/T3≤11.000；

TL/BFL≤6.200，較佳的範圍為1.000≤TL/BFL≤6.200；

TTL/ALT≤2.300，較佳的範圍為1.300≤TTL/ALT≤2.300；

TL/AAG≤5.500，較佳的範圍為1.800≤TL/AAG≤5.500。

(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。

G34/T2≤5.000，較佳的範圍為0.100≤G34/T2≤5.000；

G23/T2≤2.500，較佳的範圍為0.100≤G23/T2≤2.500。

(e) 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。

T4/G34≤10.000，較佳的範圍為0.300≤T4/G34≤10.000；

T4/G45≤10.000，較佳的範圍為0.300≤T4/G45≤10.000。

(f) 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，有利於降低第一透鏡至第四透鏡產生的像差。

G23/T5≤3.500，較佳的範圍為1.200≤G23/T5≤3.500；

(T5+G56+T6)/G34≤3.900，較佳的範圍為1.100≤(T5+G56+T6)/G34≤3.900。

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、藍三種代表波長以及近紅外線(NIR)的三種不同波長，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、藍三種代表波長以及近紅外線的三種不同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。

此外另可選擇實施例參數之任意組合關係增加鏡頭限制，以利於本發明相同架構的鏡頭設計。

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望遠鏡頭長度縮短、可用光圈增大、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。

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，第一透鏡的物側面上可選擇性地額外形成有一位於光軸附近區域的凸面部。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。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

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧物側面

22‧‧‧像側面

23‧‧‧凸面部

23'‧‧‧凹面部

24‧‧‧凹面部

24'‧‧‧凸面部

26‧‧‧凹面部

26'‧‧‧凸面部

27‧‧‧凹面部

27'‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧物側面

32‧‧‧像側面

33‧‧‧凹面部

33'‧‧‧凸面部

34‧‧‧凹面部

34'‧‧‧凸面部

36‧‧‧凸面部

37‧‧‧凸面部

40‧‧‧第四透鏡

41‧‧‧物側面

42‧‧‧像側面

43‧‧‧凸面部

44‧‧‧凸面部

46‧‧‧凸面部

46'‧‧‧凹面部

47‧‧‧凸面部

47'‧‧‧凹面部

50‧‧‧第五透鏡

51‧‧‧物側面

52‧‧‧像側面

53‧‧‧凹面部

53'‧‧‧凸面部

54‧‧‧凹面部

56‧‧‧凹面部

57‧‧‧凸面部

57'‧‧‧凹面部

60‧‧‧第六透鏡

61‧‧‧物側面

62‧‧‧像側面

63‧‧‧凸面部

64‧‧‧凸面部

66‧‧‧凸面部

67‧‧‧凸面部

67'‧‧‧凹面部

70‧‧‧濾光片

71‧‧‧成像面

80‧‧‧光圈

T1~T6‧‧‧各透鏡中心厚度

I‧‧‧光軸

A~C‧‧‧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。第6圖繪示本發明六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繪示本發明六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繪示本發明六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繪示本發明六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繪示本發明六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繪示本發明六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表示第一實施例詳細的光學數據。圖19表示第一實施例詳細的非球面數據。圖20表示第二實施例詳細的光學數據。圖21表示第二實施例詳細的非球面數據。圖22表示第三實施例詳細的光學數據。圖23表示第三實施例詳細的非球面數據。圖24表示第四實施例詳細的光學數據。圖25表示第四實施例詳細的非球面數據。圖26表示第五實施例詳細的光學數據。圖27表示第五實施例詳細的非球面數據。圖28表示第六實施例詳細的光學數據。圖29表示第六實施例詳細的非球面數據。圖30表示各實施例之重要參數。圖31表示各實施例之重要參數。

Claims

一種光學成像鏡頭，從一物側至一像側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡與一第六透鏡，且該第一透鏡至該第六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、及朝向該像側且使一成像光線通過的一像側面，其中該光學成像鏡頭滿足以下特徵：該第一透鏡具有負屈光率；該第二透鏡具有負屈光率；該第四透鏡的該物側面具有位於光軸附近區域的一凸面部；以及該第五透鏡的該像側面具有位於光軸附近區域的一凹面部；其中至少一片與一光圈相鄰的透鏡具有正屈光率且材質為玻璃，其餘具有屈光率的非玻璃透鏡材質皆為塑膠，此光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡僅有上述該第一透鏡至該第六透鏡共六片透鏡，且該第二透鏡的阿貝係數(Abbe number)為ν2，該第三透鏡的阿貝係數為ν3，該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G34，該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4，並滿足以下條件：｜ν2-ν3｜15.000以及T4/G3410.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G12，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，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G12/G4512.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G34/T25.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G23，該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G23/T22.500。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中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，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T4/G4510.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G23，該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：G23/T53.500。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中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，該第六透鏡在該光軸上的中心厚度為T6，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T6/G455.300。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第五透鏡與該第六透鏡之間在該光軸上的一空氣間隙為G56，該第五透鏡在該光軸上的中心厚度為T5，該第六透鏡在該光軸上的中心厚度為T6，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：(T5+G56+T6)/G343.900。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第六透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度為BFL，該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：BFL/T15.500。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：AAG/T15.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡的該物側面到該第六透鏡的該像側面在該光軸上的距離為TL，該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/T115.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡的該物側面至一成像面在該光軸上的長度為TTL，該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TTL/T311.000。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：T3/EFL3.100。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，該第六透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度為BFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：ALT/BFL5.300。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡的該物側面到該第六透鏡的該像側面在該光軸上的距離為TL，該第六透鏡的該像側面至一成像面在該光軸上的長度為BFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/BFL<6.200。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡的該物側面至一成像面在該光軸上的長度為TTL，該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TTL/ALT2.300。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的六個透鏡之中心厚度總和為ALT，該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：ALT/EFL7.100。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡的該物側面到該第六透鏡的該像側面在該光軸上的距離為TL，該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：TL/AAG5.500。
如請求項1所述的光學成像鏡頭，其中該第一透鏡到該第六透鏡在該光軸上的五個空氣間隙總和為AAG，該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且此光學成像鏡頭滿足以下條件：AAG/EFL3.200。