TWI695185B - 光學成像鏡頭 - Google Patents

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TWI695185B TW108101082A TW108101082A TWI695185B TW I695185 B TWI695185 B TW I695185B TW 108101082 A TW108101082 A TW 108101082A TW 108101082 A TW108101082 A TW 108101082A TW I695185 B TWI695185 B TW I695185B
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Abstract

一種光學成像鏡頭，從物側至像側沿光軸依序包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡，且各透鏡包括物側面及像側面。第一透鏡的像側面的一圓周區域為凸面，第二透鏡的像側面的一光軸區域為凸面，且第三透鏡的物側面的一圓周區域為凸面。第四透鏡的物側面的一光軸區域為凸面，且第四透鏡的物側面的一圓周區域為凹面。

Description

光學成像鏡頭
本發明是有關於一種光學元件，且特別是一種光學成像鏡頭。
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除了成像品質與體積以外，提升視場角度的需求也日趨重要。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，光學成像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成像鏡頭，設計過程牽涉到材料特性，還必須考量到製作、組裝良率等生產面的實際問題。因此，如何在考量上述的因素下製造出成像品質良好的光學成像鏡頭一直是業界不斷探討的課題。
此外，近年來，光學成像鏡頭不斷演進，所要應用的範圍更為廣泛。除了要求鏡頭輕薄短小以外，小的光圈值（f-number, Fno）的設計有利於增進光通量。因此，如何設計出一個同時兼具輕薄短小及具有小光圈值的成像品質佳的光學成像鏡頭一直都是設計的發展目標。
本發明提供一種光學成像鏡頭，其可兼具小尺寸與小光圈值，並具有良好的成像品質。此光學成像鏡頭主要用於拍攝影像及錄影，例如：手機、相機、平板電腦及個人數位助理（Personal Digital Assistant, PDA）等，還可應用在三維（three-dimensional, 3D）影像偵測。
本發明的一實施例提出一種光學成像鏡頭，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、一第三透鏡及一第四透鏡。第一透鏡至第四透鏡各自包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。第一透鏡的像側面的一圓周區域為凸面，第二透鏡的像側面的一光軸區域為凸面，且第三透鏡的物側面的一圓周區域為凸面。第四透鏡的物側面的一光軸區域為凸面，且第四透鏡的物側面的一圓周區域為凹面。光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡只有上述四片透鏡。光學成像鏡頭滿足：V3≦30.000；以及T2/T3≧0.900，其中V3為第三透鏡的一阿貝數（Abbe number），T2為第二透鏡在光軸上的一厚度，且T3為第三透鏡在光軸上的一厚度。
基於上述，本發明的實施例的光學成像鏡頭的有益效果在於：本發明的實施例的光學成像鏡頭藉由滿足上述具有屈光率的透鏡的數量、上述透鏡的面形設計以及滿足上述的條件式，因此本發明的實施例的光學成像鏡頭可以具有良好的成像品質，且可以兼具小尺寸與小光圈值。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本說明書之光學系統包含至少一透鏡，接收入射光學系統之平行於光軸至相對光軸呈半視角（HFOV）角度內的成像光線。成像光線通過光學系統於成像面上成像。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近軸屈光率為正（或為負）。所言之「透鏡之物側面（或像側面）」定義為成像光線通過透鏡表面的特定範圍。成像光線包括至少兩類光線：主光線（chief ray）Lc及邊緣光線（marginal ray）Lm（如圖1所示）。透鏡之物側面（或像側面）可依不同位置區分為不同區域，包含光軸區域、圓周區域、或在部分實施例中的一個或多個中繼區域，該些區域的說明將於下方詳細闡述。
圖1為透鏡100的徑向剖視圖。定義透鏡100表面上的二參考點：中心點及轉換點。透鏡表面的中心點為該表面與光軸I的一交點。如圖1所例示，第一中心點CP1位於透鏡100的物側面110，第二中心點CP2位於透鏡100的像側面120。轉換點是位於透鏡表面上的一點，且該點的切線與光軸I垂直。定義透鏡表面之光學邊界OB為通過該透鏡表面徑向最外側的邊緣光線Lm與該透鏡表面相交的一點。所有的轉換點皆位於光軸I與透鏡表面之光學邊界OB之間。除此之外，若單一透鏡表面有複數個轉換點，則該些轉換點由徑向向外的方向依序自第一轉換點開始命名。例如，第一轉換點TP1（最靠近光軸I）、第二轉換點TP2（如圖4所示）及第N轉換點（距離光軸I最遠）。
定義從中心點至第一轉換點TP1的範圍為光軸區域，其中，該光軸區域包含中心點。定義距離光軸I最遠的第N轉換點徑向向外至光學邊界OB的區域為圓周區域。在部分實施例中，可另包含介於光軸區域與圓周區域之間的中繼區域，中繼區域的數量取決於轉換點的數量。
當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線朝光軸I偏折且與光軸I的交點位在透鏡像側A2，則該區域為凸面。當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線的延伸線與光軸I的交點位在透鏡物側A1，則該區域為凹面。
除此之外，參見圖1，透鏡100還可包含一由光學邊界OB徑向向外延伸的組裝部130。組裝部130一般來說用以供該透鏡100組裝於光學系統之一相對應元件（圖未示）。成像光線並不會到達該組裝部130。組裝部130之結構與形狀僅為說明本發明之示例，不以此限制本發明的範圍。下列討論之透鏡的組裝部130可能會在圖式中被部分或全部省略。
參見圖2，定義中心點CP與第一轉換點TP1之間為光軸區域Z1。定義第一轉換點TP1與透鏡表面的光學邊界OB之間為圓周區域Z2。如圖2所示，平行光線211在通過光軸區域Z1後與光軸I在透鏡200的像側A2相交，即平行光線211通過光軸區域Z1的焦點位於透鏡200像側A2的R點。由於光線與光軸I相交於透鏡200像側A2，故光軸區域Z1為凸面。反之，平行光線212在通過圓周區域Z2後發散。如圖2所示，平行光線212通過圓周區域Z2後的延伸線EL與光軸I在透鏡200的物側A1相交，即平行光線212通過圓周區域Z2的焦點位於透鏡200物側A1的M點。由於光線的延伸線EL與光軸I相交於透鏡200物側A1，故圓周區域Z2為凹面。於圖2所示的透鏡200中，第一轉換點TP1是光軸區域與圓周區域的分界，即第一轉換點TP1為凸面轉凹面的分界點。
另一方面，光軸區域的面形凹凸判斷還可依該領域中通常知識者的判斷方式，即藉由近軸的曲率半徑（簡寫為R值）的正負號來判斷透鏡之光軸區域面形的凹凸。R值可常見被使用於光學設計軟體中，例如Zemax或CodeV。R值亦常見於光學設計軟體的透鏡資料表（lens data sheet）中。以物側面來說，當R值為正時，判定為物側面的光軸區域為凸面；當R值為負時，判定物側面的光軸區域為凹面。反之，以像側面來說，當R值為正時，判定像側面的光軸區域為凹面；當R值為負時，判定像側面的光軸區域為凸面。此方法判定的結果與前述藉由光線／光線延伸線與光軸的交點判定方式的結果一致，光線／光線延伸線與光軸交點的判定方式即為以一平行光軸之光線的焦點位於透鏡之物側或像側來判斷面形凹凸。本說明書所描述之「一區域為凸面（或凹面）」、「一區域為凸（或凹）」或「一凸面（或凹面）區域」可被替換使用。
圖3至圖5提供了在各個情況下判斷透鏡區域的面形及區域分界的範例，包含前述之光軸區域、圓周區域及中繼區域。
圖3為透鏡300的徑向剖視圖。參見圖3，透鏡300的像側面320在光學邊界OB內僅存在一個轉換點TP1。透鏡300的像側面320的光軸區域Z1及圓周區域Z2如圖3所示。此像側面320的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凹面。
一般來說，以轉換點為界的各個區域面形會與相鄰的區域面形相反，因此，可用轉換點來界定面形的轉變，即自轉換點由凹面轉凸面或由凸面轉凹面。於圖3中，由於光軸區域Z1為凹面，面形於轉換點TP1轉變，故圓周區域Z2為凸面。
圖4為透鏡400的徑向剖視圖。參見圖4，透鏡400的物側面410存在一第一轉換點TP1及一第二轉換點TP2。定義光軸I與第一轉換點TP1之間為物側面410的光軸區域Z1。此物側面410的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。
定義第二轉換點TP2與透鏡400的物側面410的光學邊界OB之間為圓周區域Z2，該物側面410的該圓周區域Z2亦為凸面。除此之外，定義第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間為中繼區域Z3，該物側面410的該中繼區域Z3為凹面。再次參見圖4，物側面410由光軸I徑向向外依序包含光軸I與第一轉換點TP1之間的光軸區域Z1、位於第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間的中繼區域Z3，及第二轉換點TP2與透鏡400的物側面410的光學邊界OB之間的圓周區域Z2。由於光軸區域Z1為凸面，面形自第一轉換點TP1轉變為凹，故中繼區域Z3為凹面，又面形自第二轉換點TP2再轉變為凸，故圓周區域Z2為凸面。
圖5為透鏡500的徑向剖視圖。透鏡500的物側面510無轉換點。對於無轉換點的透鏡表面，例如透鏡500的物側面510，定義自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的0~50%為光軸區域，自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的50~100%為圓周區域。參見圖5所示之透鏡500，定義光軸I至自光軸I起算到透鏡500表面光學邊界OB之間距離的50%為物側面510的光軸區域Z1。此物側面510的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。由於透鏡500的物側面510無轉換點，因此物側面510的圓周區域Z2亦為凸面。透鏡500更可具有組裝部（圖未示）自圓周區域Z2徑向向外延伸。
圖6為本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的示意圖，而圖7A至圖7D為第一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖6，本發明的第一實施例之光學成像鏡頭10從物側A1至像側A2沿光學成像鏡頭10的一光軸I依序包括一光圈0、一第一透鏡1、一第二透鏡2、一第三透鏡3、一第四透鏡4、及一濾光片9。當由一待拍攝物所發出的光線進入光學成像鏡頭10，並依序經由光圈0、第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4及濾光片9之後，會在一成像面99（image plane）形成一影像。濾光片9可以只讓具有適當波長的光線（例如紅外線或可見光）通過，其設置於第四透鏡4與成像面99之間。補充說明的是，物側A1是朝向待拍攝物的一側，而像側A2是朝向成像面99的一側。
在本實施例中，光學成像鏡頭10的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4及濾光片9都各自具有一朝向物側A1且使成像光線通過之物側面15、25、35、45、95及一朝向像側A2且使成像光線通過之像側面16、26、36、46、96。在本實施例中，光圈0設置於第一透鏡1的物側A1。
第一透鏡1具有正屈光率（refracting power）。第一透鏡1的材料為塑膠。第一透鏡1的物側面15的光軸區域151為凸面，且其圓周區域153為凸面。第一透鏡1的像側面16的光軸區域162為凹面，且其圓周區域163為凸面。在本實施例中，第一透鏡1的物側面15與像側面16皆為非球面（aspheric surface）。
第二透鏡2具有正屈光率。第二透鏡2的材料為塑膠。第二透鏡2的物側面25的光軸區域251為凸面，且其圓周區域254為凹面。第二透鏡2的像側面26的光軸區域261為凸面，且其圓周區域263為凸面。在本實施例中，第二透鏡2的物側面25與像側面26皆為非球面。
第三透鏡3具有負屈光率。第三透鏡3的材料為塑膠。第三透鏡3的物側面35的光軸區域352為凹面，且其圓周區域353為凸面。第三透鏡3的像側面36的光軸區域361為凸面，且其圓周區域364為凹面。在本實施例中，第三透鏡3的物側面35與像側面36皆為非球面。
第四透鏡4具有正屈光率。第四透鏡4的材料為塑膠。第四透鏡4的物側面45的光軸區域451為凸面，且其圓周區域454為凹面。第四透鏡4的像側面46的光軸區域462為凹面，且其圓周區域463為凸面。在本實施例中，第四透鏡4的物側面45與像側面46皆為非球面。
第一實施例的其他詳細光學數據如圖8所示，且第一實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距（Effective Focal Length, EFL）為1.874毫米（millimeter, mm），半視角（half field of view, HFOV）為38.047°，系統長度為2.975毫米，光圈值（F-number, Fno）為1.100，像高為1.5毫米，其中系統長度是指由第一透鏡1的物側面15到成像面99在光軸I上的距離。
此外，在本實施例中，第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3及第四透鏡4的物側面15、25、35、45及像側面16、26、36、46共計八個面均是偶次非球面（even aspheric surface），而這些非球面是依下列公式定義：
Figure 02_image001
...(1) Y：非球面曲線上的點與光軸的距離； Z：非球面深度，即非球面上距離光軸為Y的點，與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離； R：透鏡表面之曲率半徑； K：圓錐係數； a 2i：第2i階非球面係數。
第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數如圖9所示。其中，圖9中欄位編號15表示其為第一透鏡1的物側面15的非球面係數，其它欄位依此類推。
另外，第一實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30以及圖31所示，其中，在圖30中從T1那一列至GFP那一列及從ALT那一列至Tmax那一列的各參數的單位為毫米（mm）。 其中， T1為第一透鏡1在光軸I上的厚度； T2為第二透鏡2在光軸I上的厚度； T3為第三透鏡3在光軸I上的厚度； T4為第四透鏡4在光軸I上的厚度； Tmin為第一透鏡1到第四透鏡4在光軸I上的四個透鏡厚度之中的最小值； Tmax為第一透鏡1到第四透鏡4在光軸I上的四個透鏡厚度之中的最大值； G12為第一透鏡1的像側面16至第二透鏡2的物側面25在光軸I上的距離，也就是第一透鏡1到第二透鏡2在光軸I上的空氣間隙； G23為第二透鏡2的像側面26至第三透鏡3的物側面35在光軸I上的距離，也就是第二透鏡2到第三透鏡3在光軸I上的空氣間隙； G34為第三透鏡3的像側面36至第四透鏡4的物側面45在光軸I上的距離，也就是第三透鏡3到第四透鏡4在光軸I上的空氣間隙； AAG為第一透鏡1至第四透鏡4在光軸I上的三個空氣間隙的總和，即G12、G23及G34的總和； ALT為第一透鏡1至第四透鏡4在光軸I上的四個透鏡厚度總和，即T1、T2、T3及T4的總和； TL為第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在光軸I上的距離； TTL為第一透鏡1的物側面15到成像面99在光軸I上的距離； BFL為第四透鏡4的像側面46到成像面99在光軸I上的距離； ImgH為光學成像鏡頭10的像高； HFOV為光學成像鏡頭10的半視角；及 EFL為光學成像鏡頭10的系統焦距，亦即光學成像鏡頭10整體的有效焦距（effective focal length, EFL）。 另外，再定義： G4F為第四透鏡4到濾光片9在光軸I上的空氣間隙； TF為濾光片9在光軸I上的厚度； GFP為濾光片9到成像面99在光軸I上的空氣間隙； f1為第一透鏡1的焦距； f2為第二透鏡2的焦距； f3為第三透鏡3的焦距； f4為第四透鏡4的焦距； n1為第一透鏡1的折射率； n2為第二透鏡2的折射率； n3為第三透鏡3的折射率； n4為第四透鏡4的折射率； V1為第一透鏡1的阿貝數； V2為第二透鏡2的阿貝數； V3為第三透鏡3的阿貝數；及 V4為第四透鏡4的阿貝數。
再配合參閱圖7A至圖7D，圖7A的圖式說明第一實施例的縱向球差（Longitudinal Spherical Aberration)，圖7B與圖7C的圖式則分別說明第一實施例當其波長為920奈米（nanometer, nm）、940 nm及960 nm時在成像面99上有關弧矢（Sagittal）方向的場曲（Field Curvature）像差及子午（Tangential）方向的場曲像差，圖7D的圖式則說明第一實施例當其波長為920 nm、940 nm及960 nm時在成像面99上的畸變像差（Distortion Aberration）。本第一實施例的縱向球差圖示圖7A中，每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±21微米（µm）的範圍內，故本第一實施例確實明顯改善相同波長的球差，此外，三種代表波長彼此間的距離也相當接近，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，因而使色像差也獲得明顯改善。
在圖7B與圖7C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±70微米內，說明本第一實施例的光學系統能有效消除像差。而圖7D的畸變像差圖式則顯示本第一實施例的畸變像差維持在±2.2%的範圍內，說明本第一實施例的畸變像差已符合光學系統的成像品質要求，據此說明本第一實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至2.975毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
圖10為本發明的第二實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖11A至圖11D為第二實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖10，本發明光學成像鏡頭10的一第二實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：各光學數據、非球面係數及這些透鏡1、2、3及4間的參數或多或少有些不同。此外，在第二實施例中，第三透鏡3具有正屈光率，且第四透鏡4具有負屈光率。然而，在第二實施例中的第一透鏡1與第二透鏡2則與第一實施例中的第一透鏡1與第二透鏡2一樣都是具有正屈光率。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖10中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。
第二實施例的光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖12所示，且第二實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距為1.867毫米，半視角(HFOV)為38.333°，光圈值(Fno)為1.100，系統長度為2.965毫米，像高則為1.5毫米。
如圖13所示，則為第二實施例的第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第二實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30、圖31所示。
本第二實施例的縱向球差圖示圖11A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±21微米的範圍內。在圖11B與圖11C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±70微米內。而圖11D的畸變像差圖式則顯示本第二實施例的畸變像差維持在±2.3%的範圍內。據此說明本第二實施例相較於第一實施例，在系統長度已縮短至2.965毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
經由上述說明可得知，第二實施例相較於第一實施例的優點在於：第二實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度，且第二實施例的半視角大於第一實施例的半視角。
圖14為本發明的第三實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖15A至圖15D為第三實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖14，本發明光學成像鏡頭10的一第三實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：各光學數據、非球面係數及這些透鏡1、2、3及4間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖14中省略部分與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。
第三實施例的光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖16所示，且第三實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距為1.836毫米，半視角(HFOV)為38.976°，光圈值(Fno)為1.100，系統長度為2.939毫米，像高則為1.5毫米。
如圖17所示，則為第三實施例的第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第三實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30、圖31所示。
本第三實施例的縱向球差圖示圖15A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±23微米的範圍內。在圖15B與圖15C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±110微米內。而圖15D的畸變像差圖式則顯示本第三實施例的畸變像差維持在±2.1%的範圍內。據此說明本第三實施例相較於現有光學鏡頭，在系統長度已縮短至2.939毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
經由上述說明可得知，第三實施例相較於第一實施例的優點在於：第三實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度，第三實施例的半視角大於第一實施例的半視角，且第三實施例的畸變像差小於第一實施例的畸變像差。
圖18為本發明的第四實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖19A至圖19D為第四實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖18，本發明光學成像鏡頭10的一第四實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：各光學數據、非球面係數及這些透鏡1、2、3及4間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖18中省略部分與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。
第四實施例的光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖20所示，且第四實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距為1.882毫米，半視角(HFOV)為37.740°，光圈值(Fno)為1.100，系統長度為2.947毫米，像高則為1.5毫米。
如圖21所示，則為第四實施例的第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第四實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30、圖31所示。
本第四實施例的縱向球差圖示圖19A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±17微米的範圍內。在圖19B與圖19C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±75微米內。而圖19D的畸變像差圖式則顯示本第四實施例的畸變像差維持在±2.8%的範圍內。據此說明本第四實施例相較於第一實施例，在系統長度已縮短至2.947毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
經由上述說明可得知，第四實施例相較於第一實施例的優點在於：第四實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度，且第四實施例的縱向球差小於第一實施例的縱向球差。此外，由於各透鏡在光軸區域與圓周區域的厚度差異較小，第四實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。
圖22為本發明的第五實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖23A至圖23D為第五實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖22，本發明光學成像鏡頭10的一第五實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第四透鏡4之阿貝數不同（第五實施例的第四透鏡4的阿貝數V4為55.987，而第一實施例的第四透鏡4的阿貝數V4為22.409），且各光學數據、非球面係數及這些透鏡1、2、3及4間的其他參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖22中省略部分與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。
第五實施例的光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖24所示，且第五實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距為1.853毫米，半視角(HFOV)為38.403°，光圈值(Fno)為1.100，系統長度為2.924毫米，像高則為1.5毫米。
如圖25所示，則為第五實施例的第一透鏡1的物側面25到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第五實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30、圖31所示。
本第五實施例的縱向球差圖示圖23A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±19.5微米的範圍內。在圖23B與圖23C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±95微米內。而圖23D的畸變像差圖式則顯示本第五實施例的畸變像差維持在±2.2%的範圍內。據此說明本第五實施例相較於第一實施例，在系統長度已縮短至2.924毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
經由上述說明可得知，第五實施例相較於第一實施例的優點在於：第五實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度。第五實施例的半視角大於第一實施例的半視角，第五實施例的縱向球差小於第一實施例的縱向球差。此外，由於各透鏡在光軸區域與圓周區域的厚度差異較小，第五實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。
圖26為本發明的第六實施例的光學成像鏡頭的示意圖，而圖27A至圖27D為第六實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖26，本發明光學成像鏡頭10的一第六實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：各光學數據、非球面係數及這些透鏡1、2、3及4間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖26中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。
第六實施例的光學成像鏡頭10詳細的光學數據如圖28所示，且第六實施例的光學成像鏡頭10的整體系統焦距為1.846毫米，半視角(HFOV)為38.434°，光圈值(Fno)為1.150，系統長度為2.895毫米，像高則為1.5毫米。
如圖29所示，則為第六實施例的第一透鏡1的物側面15到第四透鏡4的像側面46在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第六實施例之光學成像鏡頭10中各重要參數間的關係如圖30、圖31所示。
本第六實施例的縱向球差圖示圖27A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±22微米的範圍內。在圖27B與圖27C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±100微米內。而圖27D的畸變像差圖式則顯示本第六實施例的畸變像差維持在±2.3%的範圍內。據此說明本第六實施例相較於第一實施例，在系統長度已縮短至2.895 mm左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
經由上述說明可得知，第六實施例相較於第一實施例的優點在於：第六實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度，且第六實施例的半視角大於第一實施例的半視角。此外，由於各透鏡在光軸區域與圓周區域的厚度差異較小，第六實施例比第一實施例易於製造，因此良率較高。
再配合參閱圖30至圖31，其為上述第一實施例至第六實施例的各項光學參數的表格圖。
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：
一、為了達成縮短透鏡系統長度，本發明的實施例適當地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至少其中之一的數值限定之下，光學成像鏡頭10能達到較佳的配置： (G23+G34)/G12≧0.900，較佳的範圍為0.900≦(G23+G34)/G12≦1.400； EFL/T4≧4.000，較佳的範圍為4.000≦EFL/T4≦7.700； (T4+AAG)/T1≦3.000，較佳的範圍為1.400≦(T4+AAG)/T1≦3.000； V1+V2+V4≦120.000，較佳的範圍為60.000≦V1+V2+V4≦120.000； (T1+T2)/(T3+T4)≧1.200，較佳的範圍為1.200≦(T1+T2)/(T3+T4)≦2.200； (T2+T4)/(T3+G12)≦2.000，較佳的範圍為0.900≦(T2+T4)/(T3+G12)≦2.000； (T2+T4)/AAG≦2.200，較佳的範圍為1.100≦(T2+T4)/AAG≦2.200； (T3+AAG)/T4≧1.500，較佳的範圍為1.500≦(T3+AAG)/T4≦3.400； ALT/(G12+G23)≦4.400，較佳的範圍為2.700≦ALT/(G12+G23)≦4.400； ALT/AAG≦4.000，較佳的範圍為2.300≦ALT/AAG≦4.000； ALT/(G12+G34)≦6.800，較佳的範圍為3.800≦ALT/(G12+G34)≦6.800； EFL/AAG≦4.400，較佳的範圍為3.000≦EFL/AAG≦4.400； ALT/BFL≦1.850，較佳的範圍為1.300≦ALT/BFL≦1.850； (ALT+EFL)/AAG≦8.800，較佳的範圍為5.400≦(ALT+EFL)/AAG≦8.800； (T1+T2+AAG)/T4≧2.900，較佳的範圍為2.900≦(T1+T2+AAG)/T4≦6.000； TL/BFL≦2.600，較佳的範圍為1.700≦TL/BFL≦2.600； BFL/(T3+T4)≧1.200，較佳的範圍為1.200≦BFL/(T3+T4)≦2.100； (AAG+EFL)/(T3+G34)≦8.500，較佳的範圍為5.700≦(AAG+EFL)/(T3+G34)≦8.500； (AAG+T2)/T1≦3.300，較佳的範圍為1.500≦(AAG+T2)/T1≦3.300。
二、在本發明的實施例的光學成像鏡頭10中，可透過控制V3≦30.000配合T2/T3≧0.9，以修正整個光學系統色差，且選用上述類型材質限制的搭配因有較高的折射率容易達到縮短光學系統長度的目的，其中V3較佳的範圍20.000≦V3≦30.000，T2/T3較佳的範圍0.900≦T2/T3≦2.500。
此外，另可選擇實施例參數之任意組合關係增加鏡頭限制，以利於本發明的實施例的相同架構的鏡頭設計。有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的實施例的架構之下，符合上述條件式能較佳地使本發明實施例的光學成像鏡頭10的長度縮短、光圈增大、視場角增大，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。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。
本發明之各個實施例所揭露之光學參數的組合比例關係所得的包含最大最小值以內的數值範圍皆可據以實施。
綜上所述，本發明的實施例的光學成像鏡頭10可獲致下述的功效及優點：
一、本發明各實施例的縱向球差、像散像差、畸變皆符合使用規範。另外，920奈米、940奈米及960奈米三種代表波長在不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一曲線的偏斜幅度可看出不同高度的離軸光線的成像點偏差皆獲得控制而具有良好的球差、像差、畸變抑制能力。進一步參閱成像品質數據，920奈米、940奈米及960奈米三種代表波長彼此間的距離亦相當接近，顯示本發明的實施例在各種狀態下對不同波長光線的集中性佳而具有優良的色散抑制能力，故透過上述可知本發明的實施例具備良好光學性能。
二、在本發明的實施例的光學成像鏡頭10中，透過第一透鏡1的像側面16的圓周區域163為凸面的設計，搭配將第二透鏡2的像側面26的光軸區域261設計為凸面、第三透鏡3的物側面35的圓周區域353設計為凸面、第四透鏡4的物側面45的光軸區域451設計為凸面及第四透鏡4的物側面45的圓周區域454設計為凹面，能有效使整個光學透鏡系統在增大光通量的同時具有良好的成像品質。
三、此外, 本發明實施例透鏡採用塑膠材質更能減輕鏡頭重量及節省成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500:透鏡 15、25、35、45、95、110、410、510:物側面 16、26、36、46、96、120、320:像側面 130:組裝部 211、212:平行光線 10:光學成像鏡頭 0:光圈 1:第一透鏡 2:第二透鏡 3:第三透鏡 4:第四透鏡 9:濾光片 99:成像面 Z1、151、162、251、261、352、361、451、462:光軸區域 Z2、153、163、254、263、353、364、454、463:圓周區域 A1:物側 A2:像側 CP:中心點 CP1:第一中心點 CP2:第二中心點 EL:延伸線 I:光軸 Lm:邊緣光線 Lc:主光線 OB:光學邊界 M、R:相交點 TP1:第一轉換點 TP2:第二轉換點 Z3:中繼區域
圖1是一示意圖，說明一透鏡的面型結構。 圖2是一示意圖，說明一透鏡的面型凹凸結構及光線焦點。 圖3是一示意圖，說明一範例一的透鏡的面型結構。 圖4是一示意圖，說明一範例二的透鏡的面型結構。 圖5是一示意圖，說明一範例三的透鏡的面型結構。 圖6為本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的示意圖。 圖7A至圖7D為第一實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖8示出本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖9示出本發明之第一實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖10為本發明的第二實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖11A至圖11D為第二實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖12示出本發明之第二實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖13示出本發明之第二實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖14為本發明的第三實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖15A至圖15D為第三實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖16示出本發明之第三實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖17示出本發明之第三實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖18為本發明的第四實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖19A至圖19D為第四實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖20示出本發明之第四實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖21示出本發明之第四實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖22為本發明的第五實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖23A至圖23D為第五實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖24示出本發明之第五實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖25示出本發明之第五實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖26為本發明的第六實施例的光學成像鏡頭的示意圖。 圖27A至圖27D為第六實施例之光學成像鏡頭的縱向球差與各項像差圖。 圖28示出本發明之第六實施例之光學成像鏡頭的詳細光學數據。 圖29示出本發明之第六實施例之光學成像鏡頭的非球面參數。 圖30與圖31示出本發明之第一至第六實施例之光學成像鏡頭的各重要參數及其關係式的數值。
15、25、35、45、95:物側面
16、26、36、46、96:像側面
10:光學成像鏡頭
0:光圈
1:第一透鏡
2:第二透鏡
3:第三透鏡
4:第四透鏡
9:濾光片
99:成像面
151、162、251、261、352、361、451、462:光軸區域
153、163、254、263、353、364、454、463:圓周區域
A1:物側
A2:像側
I:光軸

Claims (20)

  1. 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、一第三透鏡及一第四透鏡，且該第一透鏡至該第四透鏡各自包括一朝向該物側且使成像光線通過的物側面及一朝向該像側且使成像光線通過的像側面； 該第一透鏡的該像側面的一圓周區域為凸面； 該第二透鏡的該像側面的一光軸區域為凸面； 該第三透鏡的該物側面的一圓周區域為凸面； 該第四透鏡的該物側面的一光軸區域為凸面，且該第四透鏡的該物側面的一圓周區域為凹面； 該光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡只有上述四片透鏡，且該光學成像鏡頭滿足： V3≦30.000；以及 T2/T3≧0.900， 其中，V3為該第三透鏡的一阿貝數，T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度，且T3為該第三透鏡在該光軸上的一厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(G23+G34)/G12≧0.900，其中G23為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的一空氣間隙，G34為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的一空氣間隙，且G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：EFL/T4≧4.000，其中EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距，且T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T4+AAG)/T1≦3.000，其中T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度，AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和，且T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：V1+V2+V4≦120.000，其中V1為該第一透鏡的一阿貝數，V2為該第二透鏡的一阿貝數，且V4為該第四透鏡的一阿貝數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T1+T2)/(T3+T4)≧1.200，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度，且T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T2+T4)/(T3+G12)≦2.000，其中T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度，且G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T2+T4)/AAG≦2.200，其中T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度，且AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T3+AAG)/T4≧1.500，其中AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和，且T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：ALT/(G12+G23)≦4.400，其中ALT為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡厚度的總和，G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙，且G23為該第二透鏡到該第三透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：ALT/AAG≦4.000，其中ALT為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡厚度的總和，且AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：ALT/(G12+G34)≦6.800，其中ALT為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡厚度的總和，G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙，且G34為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：EFL/AAG≦4.400，其中EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距，且AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：ALT/BFL≦1.850，其中ALT為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡厚度的總和，且BFL為該第四透鏡的該像側面到一成像面在該光軸上的一距離。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(ALT+EFL)/AAG≦8.800，其中ALT為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡厚度的總和，EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距，且AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(T1+T2+AAG)/T4≧2.900，其中T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度，AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和，且T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：TL/BFL≦2.600，其中TL為該第一透鏡的該物側面到該第四透鏡的該像側面在該光軸上的一距離，且BFL為該第四透鏡的該像側面到一成像面在該光軸上的一距離。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：BFL/(T3+T4)≧1.200，其中BFL為該第四透鏡的該像側面到一成像面在該光軸上的一距離，且T4為該第四透鏡在該光軸上的一厚度。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(AAG+EFL)/(T3+G34)≦8.500，其中AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和，EFL為該光學成像鏡頭的系統焦距，且G34為該第三透鏡到該第四透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭更滿足：(AAG+T2)/T1≦3.300，其中AAG為該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙的總和，且T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度。
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