TWI645214B - 光學成像系統 - Google Patents

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TWI645214B TW106100197A TW106100197A TWI645214B TW I645214 B TWI645214 B TW I645214B TW 106100197 A TW106100197 A TW 106100197A TW 106100197 A TW106100197 A TW 106100197A TW I645214 B TWI645214 B TW I645214B
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賴建勳
劉燿維
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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(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)，進而有效提高光學成像系統之進光量與增加光學成像系統的視角，同時具備一定相對照度以及 提高成像的總畫素與品質，以應用於小型的電子產品上。
此外，在特定光學成像應用領域，有需要同時針對可見光以及紅外光波長的光源進行成像，例如IP影像監控攝影機。IP影像監控攝影機所具備之「日夜功能(Day&Night)」，主要是因人類的可見光在光譜上位於400-700nm，但感測器的成像，包含了人類不可見紅外光，因此為了要確保感測器最後僅保留了人眼可見光，可視情況在鏡頭前設置卸除式紅外線阻絕濾光片(IR Cut filter Removable，ICR)以增加影像的「真實度」，其可在白天的時候杜絕紅外光、避免色偏；夜晚的時候則讓紅外光進來提昇亮度。然而，ICR元件本身占據相當體積且價格昂貴，不利未來微型監控攝影機的設計與製造。
本發明實施例之態樣同時針對一種光學成像系統，能夠利用四個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合以及材質的選用，令光學成像系統對於可見光的成像焦距以及紅外光的成像焦距間的差距縮減，亦即達到接近「共焦」的效果，因此無需使用ICR元件。
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：
與光學成像系統之放大率有關之透鏡參數
本發明之光學成像系統同時可設計應用於生物特徵辨識，例如使用於臉孔辨識。本發明之實施例若作為臉孔辨識之影像擷取，可選用以紅外光做為工作波長，同時對於距離約25至30公分左右且寬度約15公分的臉孔，可於感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))於水平方向上至少成像出30個水平像素。紅外光成像面之線放大率為LM，其滿足下列條件：LM=(30個水平像素)乘以(像素尺寸1.4微米)除以被攝物體寬度15公分；LM≧0.0003。同時，以可見光做為工作波長，同時對於距離約25至30公分左右且寬度約15公分的臉孔，可於感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))於水平方向上至少成像出50個水平像素。
與長度或高度有關之透鏡參數
本發明於可見光頻譜可選用波長555nm作為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準，於紅外光頻譜(700nm至1300nm)可選用波長850nm作為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準。
光學成像系統具有一第一成像面以及一第二成像面，第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。光學成像系統另具有一第一平均成像面以及一第二平均成像面，第一平均成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；以及第二平均成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置。
前述第一空間頻率設定為本發明所使用之感光元件(感測器)的半數空間頻率(半頻)，例如畫素大小(Pixel Size)為含1.12微米以下之感光元件，其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。任一視場的光線均可進一步分為弧矢面光線(sagittal ray)以及子午面光線(tangential ray)。
本發明光學成像系統之可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VSFS0、VSFS3、VSFS7表示(度量單位：mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以VSMTF0、VSMTF3、VSMTF7表示；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VTFS0、VTFS3、VTFS7表示(度量單位：mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以VTMTF0、VTMTF3、VTMTF7表示。前述可見光弧矢面三視場以及可見光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AVFS表示(度量單位：mm)。
本發明光學成像系統之紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ISFS0、ISFS3、ISFS7表示，前述弧矢面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以 AISFS表示(度量單位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以ISMTF0、ISMTF3、ISMTF7表示；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ITFS0、ITFS3、ITFS7表示(度量單位：mm)，前述子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AITFS表示(度量單位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以ITMTF0、ITMTF3、ITMTF7表示。前述紅外光弧矢面三視場以及紅外光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AIFS表示(度量單位：mm)。
整個光學成像系統之可見光中心視場聚焦點與紅外光中心視場聚焦點(RGB/IR)之間的焦點偏移量以FS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)；整個光學成像系統之可見光三視場平均焦點偏移量與紅外光三視場平均焦點偏移量(RGB/IR)之間的差值(焦點偏移量)以AFS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)。
光學成像系統之最大成像高度以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第一成像面間的距離以InB表示；InTL+InB=HOS；光學成像系統之固定光欄(光圈)至第一成像面間的距離以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。
與透鏡面形弧長及表面輪廓有關之參數
單一透鏡之任一表面的最大有效半徑之輪廓曲線長度，係指該透鏡之表面與所屬光學成像系統之光軸的交點為起始點，自該起始點沿著該透鏡之表面輪廓直至其最大有效半徑之終點為止，前述兩點間的曲線弧長為最大有效半徑之輪廓曲線長度，並以ARS表示。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22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之輪廓曲線長度表示方式以此類推。
單一透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度，係指該透鏡之表面與所屬光學成像系統之光軸的交點為起始點，自該起始點沿著該透鏡之表面輪廓直至該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑的垂直高度之座標點為止，前述兩點間的曲線弧長為1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度，並以ARE表示。例如第一透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE12表示。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE22表示。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度表示方式以此類推。
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。
光圈邊緣橫向像差以STA(STOP Transverse Aberration)表示，評價特定光學成像系統之性能，可利用子午面光扇(tangential fan)或弧矢面光扇(sagittal fan)上計算任一視場的光線橫向像差，特別是分別計算最長工作波長(例如波長為650NM)以及最短工作波長(例如波長為470NM)通過光圈邊緣之橫向像差大小作為性能優異的標準。前述子午面光扇之座標方向，可進一步區分成正向(上光線)與負向(下光線)。最長工作波長通過光圈邊緣之橫向像差，其定義為最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上特定視場之成像位置，其與參考波長主光線(例如波長為555NM)在第一成像面上該視場之成像位置兩位置間之距離差，最短工作波長通過光圈邊緣之橫向像差，其定義為最短工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上特定視場之成像位置，其與參考波長主光線在第一成像面上該視場之成像位置兩位置間之距離差，評價特定光學成像系統之性能為優異，可利用最短以及最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場(即0.7成像高度HOI)之橫向像差均小於50微米(μm)作為檢核方式，甚至可進一步以最短以及最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差均小於30微米(μm)作為檢核方式。
光學成像系統於第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，光學成像系統的正向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以SSTA表示。
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、第一成像面以及第二成像面。第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。第一透鏡至第四透鏡均具有屈折力。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第一成像面於光軸上具有一距離HOS，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統於該第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；以及｜FS｜≦30μm。
其中該紅外光的波長介於700nm至1300nm以及該第一空間頻率以SP1表示，其滿足下列條件：SP1≦440cycles/mm。
其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF， 該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧10deg。
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、第一成像面以及第二成像面。第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。第一透鏡具有正屈折力。第二透鏡具有屈折力且其像側面於光軸上為凸面；第三透鏡具有屈折力且其像側面於光軸上為凸面。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第一成像面於光軸上具有一距離HOS，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統於該第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；1≦2(ARE/HEP)≦2.0以及｜FS｜≦30μm。
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、第一平均成像面以及第二平均成像面。第一平均成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；第二平均成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置。第一透鏡具有正屈折力。第二透鏡具有屈折力且其像側面於光軸上為凸面；第三透鏡具有正屈折力且其像側面於光軸上為凸面。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第一平均成像面於光軸上具有一距離HOS，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統於該第一平均成像面上垂直於光 軸具有一最大成像高度HOI，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，該第一平均成像面與該第二平均成像面間的距離為AFS該第一平均成像面與該第二平均成像面間於光軸上的距離為FS，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；1≦2(ARE/HEP)≦2.0以及｜AFS｜≦30μm。
其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧20deg。
單一透鏡之任一表面在最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度影響該表面修正像差以及各視場光線間光程差的能力，輪廓曲線長度越長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之任一表面在最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度，特別是控制該表面之最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度(ARS)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ARS/TP)。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ARS11/TP1，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示，其與TP1間的比值為ARS12/TP1。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ARS21/TP2，第二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22表示，其與TP2間的比值為ARS22/TP2。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的最大有效半徑之輪廓曲線長度與該表面所屬之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。
單一透鏡之任一表面在1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度特別影響該表面上在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，輪廓曲線長度越長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之任一表面在1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度，特別是控制該表面之1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度(ARE)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ARE/TP)。例如第一透鏡物側面的 1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ARE11/TP1，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE12表示，其與TP1間的比值為ARE12/TP1。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ARE21/TP2，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE22表示，其與TP2間的比值為ARE22/TP2。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度與該表面所屬之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。
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10mm。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‧‧‧第一成像面
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(第一透鏡物側面至第一成像面於光軸上的距離)
Dg‧‧‧影像感測元件的對角線長度
InS‧‧‧光圈至第一成像面的距離
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第一成像面的距離
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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第1D圖係繪示本發明第一實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖(Through Focus MTF)；第1E圖係繪示本發明第一實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第2D圖係繪示本發明第二實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第2E圖係繪示本發明第二實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第3D圖係繪示本發明第三實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第3E圖係繪示本發明第三實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖； 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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第4D圖係繪示本發明第四實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第4E圖係繪示本發明第四實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第5D圖係繪示本發明第五實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第5E圖係繪示本發明第五實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖；第6D圖係繪示本發明第六實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第6E圖係繪示本發明第六實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。
一種光學成像系統組，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，其設置於第一成像面。
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：0mm<ΣPP≦200mm；以及f4/ΣPP≦0.85。較佳地，可滿足下列條件：0mm<ΣPP≦150mm；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，其設置於第一成像面。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，第一透鏡物側面至第一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第一成像面間。若光圈為前置光圈，可使光學成像系統的出瞳與第一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。前述光圈至第一成像面間的距離為InS，其滿足下列條件：0.2≦InS/HOS≦1.1。較佳地，可滿足下列條件：0.4≦InS/HOS≦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。
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圖為第一實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第1D圖係繪示本發明實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖(Through Focus MTF)；第1E圖係繪示本發明第一實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第1A圖可知，光學成像系統10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、第一成像面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。第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示。第一透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE12表示。第一透鏡於光軸上之厚度為TP1。
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。
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。
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。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第 二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22表示。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE22表示。第二透鏡於光軸上之厚度為TP2。
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。第三透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS31表示，第三透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS32表示。第三透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE31表示，第三透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE32表示。第三透鏡於光軸上之厚度為TP3。
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。第四透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS41表示，第四透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS42表示。第四透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE41表示，第四透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE42表示。第四透鏡於光軸上之厚度為TP4。
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：SGI421=-0.41627mm；｜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。
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：HIF421=1.55079mm；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。
紅外線濾光片170為玻璃材質，其設置於第四透鏡140及第一成像面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至第一成像面180間的距離為HOS，光圈100至第一成像面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至第一成像面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=-0.4940 mm；｜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%。
本發明實施例任一視場的光線均可進一步分為弧矢面光線(sagittal ray)以及子午面光線(tangential ray)，並且焦點偏移量及MTF數值之評價基礎為空間頻率220cycles/mm。可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VSFS0、VSFS3、VSFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.00000mm、0.00000mm、0.00000mm；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以VSMTF0、VSMTF3、VSMTF7表示，其數值分別為0.416、0.397、0.342；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VTFS0、VTFS3、VTFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.00000mm、0.00000mm、-0.01000mm；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以VTMTF0、VTMTF3、VTMTF7表示，其數值分別為0.416、0.34、0.139。前述可見光弧矢面三視場以及可見光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AVFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜ (VSFS0+VSFS3+VSFS7+VTFS0+VTFS3+VTFS7)/6｜=｜-0.00200mm｜。
本實施例之紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ISFS0、ISFS3、ISFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.03000mm、0.03300mm、0.03300mm，前述弧矢面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AISFS表示；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以ISMTF0、ISMTF3、ISMTF7表示，其數值分別為0.169、0.148、0.089；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ITFS0、ITFS3、ITFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.03、0.028、0.005，前述子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AITFS表示(度量單位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以ITMTF0、ITMTF3、ITMTF7表示，其數值分別為0.169、0.093、0.00000。前述紅外光弧矢面三視場以及紅外光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AIFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(ISFS0+ISFS3+ISFS7+ITFS0+ITFS3+ITFS7)/6｜=｜0.02600mm｜。
本實施例整個光學成像系統之可見光中心視場聚焦點與紅外光中心視場聚焦點(RGB/IR)之間的焦點偏移量以FS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(VSFS0+VTFS0)/2-(ISFS0+ITFS0)/2｜=｜0.03000mm｜；整個光學成像系統之可見光三視場平均焦點偏移量與紅外光三視場平均焦點偏移量(RGB/IR)之間的差值(焦點偏移量)以AFS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜AIFS-AVFS｜=｜0.02800mm｜。
本實施例的光學成像系統中，正向子午面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以PLTA表示，其為-0.018mm，正向子午面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以PSTA表示，其為0.010mm，負向子午面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以NLTA表示，其為0.003mm，負向子午面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以NSTA表示，其為 -0.003mm。弧矢面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以SLTA表示，其為-0.010mm，弧矢面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在第一成像面上0.7視場之橫向像差以SSTA表示，其為0.003mm。
再配合參照下列表一以及表二。
依據表一及表二可得到輪廓曲線長度相關之數值：
表一為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圖為第二實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第2D圖係繪示本發明第二實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第2E圖係繪示本發明第二實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第2A圖可知，光學成像系統20由物側至像側依序包含光圈200、第一透鏡210、第二透鏡220、第三透鏡230、 第四透鏡240、紅外線濾光片270、第一成像面280以及影像感測元件290。
第一透鏡210具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面212為凸面，其像側面214為凸面，並皆為非球面，且其物側面212具有一反曲點。
第二透鏡220具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面222為凸面，其像側面224為凹面，並皆為非球面，且其物側面222以及像側面224均具有二反曲點。
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為凹面，其像側面244為凹面，並皆為非球面，且其物側面242具有二反曲點以及像側面244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及第一成像面280間且不影響光學成像系統的焦距。
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：
依據表三及表四可得到輪廓曲線長度相關之數值：
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圖為第三實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第3D圖係繪示本發明第三實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第3E圖係繪示本發明第三實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第3A圖可知，光學成像系統30由 物側至像側依序包含光圈300、第一透鏡310、第二透鏡320、第三透鏡330、第四透鏡340、紅外線濾光片370、第一成像面380以及影像感測元件390。
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具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面322為凸面，其像側面324為凹面，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具有四反曲點以及像側面334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具有二反曲點以及像側面344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及第一成像面380間且不影響光學成像系統的焦距。
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：
依據表五及表六可得到輪廓曲線長度相關之數值：
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圖為第四實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第4D圖係繪示本發明第四實施例之可 見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第4E圖係繪示本發明第四實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第4A圖可知，光學成像系統40由物側至像側依序包含光圈400、第一透鏡410、第二透鏡420、第三透鏡430、第四透鏡440、紅外線濾光片470、第一成像面480以及影像感測元件490。
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為凸面，並皆為非球面，且其物側面具有一反曲點。
第二透鏡420具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面422為凹面，其像側面424為凹面，並皆為非球面，且其像側面424具有一反曲點。
第三透鏡430具有正屈折力，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均具有二反曲點。
第四透鏡440具有負屈折力，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及第一成像面480間且不影響光學成像系統的焦距。
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：
依據表七及表八可得到輪廓曲線長度相關之數值：
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圖為第五實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第5D圖係繪示本發明第五實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第5E圖係繪示本發明第五實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第5A圖可知，光學成像系統50由物側至像側依序包含光圈500、第一透鏡510、第二透鏡520、第三透鏡530、第四透鏡540、紅外線濾光片570、第一成像面580以及影像感測元件590。
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為凸面，並皆為非球面，且其物側面512具有一反曲點。
第二透鏡520具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面522為凸面，其像側面524為凹面，並皆為非球面，且其物側面522具有二反曲點以及像側面524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具有三反曲點以及像側面534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為凹面，其像側面544為凹面，並皆為非球面，且其物側面542具有二反曲點以及像側面544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及第一成像面580間且不影響光學成像系統的焦距。
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：
依據表九及表十可得到輪廓曲線長度相關之數值：
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圖為第六實施例的光學成像系統的子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。第6D圖係繪示本發明第六實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第6E圖係繪示本發明第六實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第6A圖可知，光學成像系統60由物側至像側依序包含光圈600、第一透鏡610、第二透鏡620、第三透鏡630、第四透鏡640、紅外線濾光片670、第一成像面680以及影像感測元件690。
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具有負屈折力，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具有正屈折力，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及第一成像面680間且不影響光學成像系統的焦距。
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：
依據表十一及表十二可得到輪廓曲線長度相關之數值：
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 (25)

  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；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第四透鏡，具有屈折力；一第一成像面，其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及一第二成像面，其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，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第一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，該光學成像系統於該第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS；其滿足下 列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；以及｜FS｜≦15μm。
  2. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該紅外光的波長介於700nm至1300nm以及該第一空間頻率以SP1表示，其滿足下列條件：SP1≦440cycles/mm。
  3. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦2(ARE/HEP)≦2.0。
  4. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡至該第四透鏡中至少二透鏡其個別之至少一表面具有至少一反曲點。
  5. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧10deg。
  6. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.2。
  7. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第四透鏡之物側表面於光軸上的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE41，該第四透鏡之像 側表面於光軸上的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE42，第四透鏡於光軸上的厚度為TP4，其滿足下列條件：0.05≦ARE41/TP4≦25；以及0.05≦ARE42/TP4≦25。
  8. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡為負屈折力。其中該光學成像系統於結像時之TV畸變為TDT，該光學成像系統的正向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該第一成像面上0.7HOI處之橫向像差以SSTA表示，其滿足下列條件：PLTA≦100微米；PSTA≦100微米；NLTA≦100微米；NSTA≦100微米；SLTA≦100微米；以及SSTA≦100微米；｜TDT｜<100%。
  9. 如請求項1所述之光學成像系統，其中更包括一光圈，並且於該光圈至該第一成像面於光軸上具有一距離InS，其滿足下列公式：0.2≦InS/HOS≦1.1。
  10. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有正屈折力；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第四透鏡，具有屈折力；一第一成像面，其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值，第一空間頻率為220cycles/mm；以及一第二成像面，其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，該第二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第一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，該光學成像系統於該第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該些 透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，該第一成像面與該第二成像面間的距離為FS；其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；｜FS｜≦15μm以及1≦2(ARE/HEP)≦2.0。
  11. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面的最大有效半徑以EHD表示，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面之最大有效半徑處為終點，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARS，其滿足下列公式：1≦ARS/EHD≦2.0。
  12. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧20deg。
  13. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.4。
  14. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡至該第四透鏡中至少二透鏡其個別之至少一表面具有至少一反曲點。
  15. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第二透鏡為負屈折力以及該第三透鏡為正屈折力。
  16. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第三透鏡與該第四透鏡之間於光軸上的距離為IN34，且滿足下列公式：0<IN34/f≦5。
  17. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間於光軸上的距離為IN12，且滿足下列公式：0<IN12/f≦60。
  18. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第三透鏡與該第四透鏡之間於光軸上的距離為IN34，該第三透鏡與第四透鏡於光軸上的厚度分別為TP3以及TP4，其滿足下列條件：1≦(TP4+IN34)/TP3≦10。
  19. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡於光軸上的厚度分別為TP1、TP2以及TP3，其滿足下列條件：0.4≦TP1/TP3≦1.5以及0.4≦TP2/TP3≦0.9。
  20. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有正屈折力；一第二透鏡，具有屈折力，其像側面於光軸上為凸面；一第三透鏡，具有屈折力，其像側面於光軸上均為凸面；一第四透鏡，具有屈折力；一第一平均成像面，其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場 個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置，第一空間頻率為220cycles/mm；以及一第二平均成像面，其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為四枚，該第三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第一平均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，該光學成像系統於該第一平均成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，該第一平均成像面與該第二平均成像面間的距離為AFS；該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦150deg；｜AFS｜≦15μm；VHAF≧20deg以及1≦2(ARE/HEP)≦2.0。
  21. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面的最大有效半徑以EHD表示，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面之最大有效半徑處為終點，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARS，其滿足下列公式：1≦ARS/EHD≦2.0。
  22. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.5。
  23. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該光學成像系統成像於該第二平均成像面之線放大率為LM，其滿足下列條件：LM≧0.0003。
  24. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡於光軸上的厚度分別為TP1、TP2以及TP3，其滿足下列條件：0.4≦TP1/TP3≦1.5以及0.4≦TP2/TP3≦0.9。
  25. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該光學成像系統更包括一光圈、一影像感測元件，該影像感測元件設置於該第一平均成像面後並且至少設置10萬個像素，並且於該光圈至該第一平均成像面於光軸上具有一距離InS其滿足下列公式：0.2≦InS/HOS≦1.1。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI816710B (zh) * 2018-11-06 2023-10-01 佳能企業股份有限公司 光學鏡頭
CN111175948B (zh) * 2018-11-12 2022-06-21 佳能企业股份有限公司 光学镜头
CN109856900B (zh) * 2018-11-27 2021-05-14 玉晶光电(厦门)有限公司 光学透镜组
US11774709B2 (en) * 2019-08-30 2023-10-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Optical imaging system and portable electronic device
TWI796546B (zh) * 2020-01-17 2023-03-21 先進光電科技股份有限公司 光學成像系統
TWI784262B (zh) * 2020-04-20 2022-11-21 先進光電科技股份有限公司 光學成像系統
CN111856732B (zh) * 2020-09-19 2020-12-04 瑞泰光学(常州)有限公司 摄像光学镜头

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100284081A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Gutierrez Roman C Integrated lens barrel
CN102778746A (zh) * 2012-06-20 2012-11-14 利达光电股份有限公司 一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统
CN105137571A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 北京天诚盛业科技有限公司 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
TWM519249U (zh) * 2015-12-21 2016-03-21 Baso Prec Optics Ltd 光學取像裝置
TWI563310B (en) * 2015-04-17 2016-12-21 Ability Opto Electronics Technology Co Ltd Optical image capturing system
TWI563285B (en) * 2015-05-28 2016-12-21 Largan Precision Co Ltd Photographing lens system, image capturing device, and electronic device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI570467B (zh) * 2012-07-06 2017-02-11 大立光電股份有限公司 光學影像拾取系統組
JP5877183B2 (ja) * 2012-09-14 2016-03-02 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． 撮像レンズ
JP6133068B2 (ja) * 2013-01-30 2017-05-24 カンタツ株式会社 撮像レンズ
TWM546515U (zh) * 2016-07-18 2017-08-01 先進光電科技股份有限公司 可見光與紅外光兩用之低焦平面偏移量光學成像系統
TWI628461B (zh) * 2016-10-19 2018-07-01 先進光電科技股份有限公司 光學成像系統

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100284081A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Gutierrez Roman C Integrated lens barrel
CN102778746A (zh) * 2012-06-20 2012-11-14 利达光电股份有限公司 一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统
TWI563310B (en) * 2015-04-17 2016-12-21 Ability Opto Electronics Technology Co Ltd Optical image capturing system
TWI563285B (en) * 2015-05-28 2016-12-21 Largan Precision Co Ltd Photographing lens system, image capturing device, and electronic device
CN105137571A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 北京天诚盛业科技有限公司 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
TWM519249U (zh) * 2015-12-21 2016-03-21 Baso Prec Optics Ltd 光學取像裝置

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