TWI766671B

TWI766671B - 光學成像系統、取像模組及電子裝置

Info

Publication number: TWI766671B
Application number: TW110115693A
Authority: TW
Inventors: 黃國顏; 卓靖鴻; 劉興晨
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-06-01
Also published as: CN114911028A; TW202232171A; US20220252836A1

Abstract

本申請公開了一種光學成像系統、取像模組及電子裝置。所述光學成像系統由物側至像側依次包括：第一透鏡，具有正屈折力；第二透鏡，具有負屈折力；第三透鏡，具有正屈折力，第三透鏡的物側面於近光軸處為凹面；及第四透鏡，具有正屈折力，第四透鏡的像側面於近光軸處為凹面；所述光學成像系統滿足以下條件式：0.4<Imgh/f<1.4，0.7<TL/f<2；Imgh為光學成像系統的最大視場角所對應的像高的一半，f為光學成像系統的有效焦距，TL為第一透鏡的物側面至光學成像系統的成像面於光軸上的距離。上述的光學成像系統確保各透鏡的性能，提升圖像解析力。

Description

光學成像系統、取像模組及電子裝置

本申請涉及光學成像技術領域，具體涉及一種光學成像系統、取像模組及電子裝置。

攝像鏡頭在電子產品的運用範圍愈來愈廣泛，且隨著消費性電子產業的不斷成長，現今市場對小型取像模組的需求日益增加。特別針對手機的取像模組、電腦的取像模組、或車用安全影響監控器等，使用者對產品的性能要求不斷提升，不但要求圖像解析品質必須良好，而且要求產品的誤差更要縮小。

定焦鏡頭的感光元件通常採用感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)與互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Esnsor)，感光元件的敏感度會隨鏡頭出射光角度增大而快速衰減，因此定焦鏡頭通常採用3-4片透鏡組成。

然而，定焦鏡頭採用此配置還存在如下缺陷：既有鏡頭模組的第一透鏡為兩向凸出透鏡，而第二透鏡則為兩向凹陷透鏡，兩向凸出透鏡及兩向凹陷透鏡會有取像過大的能力出現，導致整個光學成像系統取像成像品質不穩定。

鑒於以上內容，有必要提出一種光學成像系統、取像模組及電子裝置，以解決上述問題。

本申請的一實施例提供一種光學成像系統，由物側至像側依次包括：第一透鏡，具有正屈折力；第二透鏡，具有負屈折力；第三透鏡，具有正屈折力，所述第三透鏡的物側面於近光軸處為凹面；及第四透鏡，具有負屈折力，所述第四透鏡的像側面於近光軸處為凹面；所述光學成像系統滿足以下條件式： 0.4<Imgh/f<1.4，0.7<TL/f<2；其中，Imgh為所述光學成像系統的最大視場角所對應的像高的一半，f為所述光學成像系統的有效焦距，TL為所述第一透鏡的物側面至所述光學成像系統的成像面於光軸上的距離。

上述的光學成像系統借由合理地配置各透鏡的面型與屈折力，確保各透鏡的性能，減少誤差及圖像劣化現象，提升光學成像系統的圖像解析力，使光學成像系統的成像品質穩定。光學成像系統借由滿足上述條件式，可縮短光學成像系統的光學總長度，使光學成像系統具有輕薄化與小型化。

在一些實施例中，所述第二透鏡的物側面及像側面、所述第三透鏡的物側面及像側面、所述第四透鏡的物側面及像側面均為非球面。

在一些實施例中，所述第一透鏡的物側面於近光軸處為凸面，所述第一透鏡的像側面於近光軸處為凸面。

在一些實施例中，所述光學成像系統滿足以下條件式：0.6<TL2/f<1.8；其中，TL2為所述第二透鏡的物側面至所述光學成像系統的成像面於光軸上的距離。

在一些實施例中，所述光學成像系統滿足以下條件式：0.3<TL3/f<1；其中，TL3為所述第三透鏡的物側面至所述光學成像系統的成像面於光軸上的距離。

在一些實施例中，所述光學成像系統滿足以下條件式：0.1<TL4/f<0.5；其中，TL4為所述第四透鏡的物側面至所述光學成像系統的成像面於光軸上的距離。

在一些實施例中，所述光學成像系統滿足以下條件式；1.1<f/EPD<3.9；其中，EPD為所述光學成像系統的入瞳直徑。

在一些實施例中，所述光學成像系統滿足以下條件式：0.42<V1/(V2+V3+V4)<0.44；其中，V1為所述第一透鏡的色散係數，V2為所述第二透鏡的色散係數，V3為所述第三透鏡的色散係數，V4為所述第四透鏡的色散係數。

本申請的一實施例還提供了一種取像模組，包括：如上所述的光學成像系統；及感光元件，所述感光元件設於所述光學成像系統的像側。

本申請的一實施例還提供了一種電子裝置，包括：殼體；及如上所述的取像模組，所述取像模組設於所述殼體。

1000:電子裝置

100:取像模組

10:光學成像系統

L1:第一透鏡

L2:第二透鏡

L3:第三透鏡

L4:第四透鏡

L5:濾光片

S1、S3、S5、S7、S9:物側面

S2、S4、S6、S8、S10:像側面

STO:光闌

IMA:成像面

20:感光元件

200:殼體

圖1為本申請第一實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖2為本申請第一實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖3為本申請第二實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖4為本申請第二實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖5為本申請第三實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖6為本申請第三實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖7為本申請第四實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖8為本申請第四實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖9為本申請第五實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖10為本申請第五實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖11為本申請第六實施例提供的光學成像系統的結構示意圖。

圖12為本申請第六實施例中光學成像系統的場曲與畸變示意圖。

圖13為本申請第七實施例提供的取像模組的結構示意圖。

圖14為本申請第八實施例提供的電子裝置的結構示意圖。

下面詳細描述本申請的實施方式，所述實施方式的示例於附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面藉由參考附圖描述的實施方式為示例性的，僅用於解釋本申請，而不能理解為對本申請的限制。

請參見圖1，本申請第一實施例提出了一種光學成像系統10，由物側至像側依次包括第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4均大致為彎月形透鏡。

第一透鏡L1具有正屈折力，第一透鏡L1具有物側面S1及像側面S2；第二透鏡L2具有負屈折力，第二透鏡L2具有物側面S3及像側面S4；第三透鏡L3具有正屈折力，第三透鏡L3具有物側面S5及像側面S6，第三透鏡L3的物側面S5於近光軸處為凹面；第四透鏡L4具有正屈折力，第四透鏡L4具有物側面S7及像側面S8，第四透鏡L4的像側面於近光軸處為凹面。

光學成像系統10滿足以下條件式：0.4<Imgh/f<1.4，0.7<TL/f<2；其中，Imgh為光學成像系統10的最大視場角所對應的像高的一半，f為光學成像系統10的有效焦距，TL為第一透鏡L1的物側面至光學成像系統10的成像面於光軸上的距離。

上述光學成像系統10借由合理地控制Imgh/f的值與TL/f的值，可提升光學成像系統10的圖像解析力，成像品質穩定，能夠縮短光學成像系統10的光學總長度，使光學成像系統10輕薄化與小型化。

本實施例的光學成像系統10，借由合理地配置各透鏡的屈折力與面型，可確保各透鏡的性能，減少取像誤差及圖像劣化現象，提升光學成像系統10的圖像解析力。

在一些實施例中，光學成像系統10還包括光闌STO。光闌STO可以設置在任意一個透鏡的表面上，或設置於第一透鏡L1之前，或設置於任意兩個透鏡之間，或設置於第四透鏡L4的像側面S8。例如，在圖1中，光闌STO設置於第一透鏡L1的物側面S1上。

在一些實施例中，光學成像系統10還包括濾光片L5，濾光片L5具有物側面S9及像側面S10。濾光片L5設置於第四透鏡L4的像側，以濾除例如可見光等其他波段的光線，而僅讓紅外光通過，以使光學成像系統10能夠在昏暗的環境及其他特殊的應用場景下也能成像。

可以理解地，在其他的實施例中，光學成像系統10中的濾光片L5也可以用於濾除紅外光等不可見光，而僅讓可見光通過，以適應人眼視物，從而使光學成像系統10能夠於光線充足的白天使用時，具有較高的圖元與良好的成像品質。

在一些實施例中，第二透鏡L2的物側面S3及像側面S4均為非球面，第三透鏡L3的物側面S5及像側面S6均為非球面，第四透鏡L4的物側面S7及像側面S8均為非球面。

如此，可消除光學成像系統10的大部分球面像差，提升光學成像系統10的成像品質。

在一些實施例中，第一透鏡L1的物側面S1於近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S2於近光軸處為凸面。

如此，借由合理配置第一透鏡L1的面型，可確保第一透鏡L1的性能，提升光學成像系統10的圖像解析力。

在一些實施例中，第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4均為塑膠透鏡。

如此，光學成像系統10的各透鏡更容易製作，能夠有效降低成本、提高產品黏合良率。

在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：0.6<TL2/f<1.8；其中，TL2為第二透鏡L2的物側面S3至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離。

如此，TL2/f借由滿足上述範圍，有利於縮短光學成像系統10的光學總長度。

在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：0.3<TL3/f<1；其中，TL3為第三透鏡L3的物側面S5至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離。

如此，TL3/f借由滿足上述範圍，有利於縮短光學成像系統10的光學總長度。

在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：0.1<TL4/f<0.5；其中，TL4為第四透鏡L4的物側面S7至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離。

如此，TL4/f借由滿足上述範圍，有利於縮短光學成像系統10的光學總長度。

在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：1.1<f/EPD<3.9；其中，EPD為光學成像系統10的入瞳直徑。

如此，f/EPD借由滿足上述範圍，有利於控制光學成像系統10的進光量與光圈數，使光學成像系統10對物體具有優良的圖像解析力，從而提高光學成像系統10的成像品質。

在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式： 0.42<V1/(V2+V3+V4)<0.44；其中，V1為第一透鏡L1的色散係數，V2為第二透鏡L2的色散係數，V3為第三透鏡L3的色散係數，V4為第四透鏡L4的色散係數。

如此，V1/(V2+V3+V4)借由滿足上述範圍，光學成像系統10可於色差修正與像散修正之間取得良好平衡，提升光學成像系統10的成像品質。

第一實施例

請參見圖1，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4的材質均為塑膠，濾光片L5的材質為玻璃。

第一透鏡L1的物側面S1於近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S2於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的物側面S3於近光軸處為凹面，第二透鏡L2的像側面S4於近光軸處為凸面，第三透鏡L3的物側面S5於近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S6於近光軸處為凸面，第四透鏡L4的物側面S7於近光軸處為凹面，第四透鏡L4的像側面S8於近光軸處為凸面。

其中，第一透鏡L1的色散係數為55.978，第二透鏡L2的色散係數為20.373，第三透鏡L3的色散係數為55.978，第四透鏡L4的色散係數為55.978。

當光學成像系統10用於成像時，被攝物發出或反射的光線從物側方向進入光學成像系統10，並依次穿過光闌STO、第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4及濾光片L5，最終彙聚到成像面IMA上。

表1示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

其中，f為光學成像系統10的有效焦距，TL為第一透鏡L1的物側面S1至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離，TL2為第二透鏡L2的物側面S3至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離，TL3為第三透鏡L3的物側面S5至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離，TL4為第四透鏡L4的物側面S7至光學成像系統10的成像面IMA於光軸上的距離。

本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4均為非球面，各非球面透鏡的面型Z可利用但不限於以下非球面公式進行限定：

其中，Z為非球面上任意一點與表面頂點之間平行於光軸的距離，r為非球面上任意一點到光軸的垂直距離，c的頂點曲率(曲率半徑的倒數)，k為圓錐常數，Ai為非球面第i-th階的修正係數，表2示出了可用於第一實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖2示出了第一實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖2可知，第一實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

第二實施例

請參見圖3，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

第一透鏡L1的物側面S1於近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S2於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的物側面S3於近光軸處為凹面，第二透鏡L2的像側面S4於近光軸處為凸面，第三透鏡L3的物側面S5於近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S6於近光軸處為凸面，第四透鏡L4的物側面S7於近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S8於近光軸處為凹面。

表3示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

表4示出了可用於第二實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖4示出了第二實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖4可知，第二實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

第三實施例

請參見圖5，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

表5示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

表6示出了可用於第三實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖6示出了第三實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖6可知，第三實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

第四實施例

請參見圖7，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

第一透鏡L1的物側面S1於近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S2於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的物側面S3於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的像側面S4於近光軸處為凹面，第三透鏡L3的物側面S5於近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S6於近光軸處為凸面，第四透鏡L4的物側面S7於近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S8於近光軸處為凹面。

表7示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

表8示出了可用於第四實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖8示出了第四實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖8可知，第四實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

第五實施例

請參見圖9，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

其中，第一透鏡L1的色散係數為56.000，第二透鏡L2的色散係數為20.400，第三透鏡L3的色散係數為56.000，第四透鏡L4的色散係數為56.000。

表9示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

表10示出了可用於第五實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖10示出了第五實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖10可知，第五實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

第六實施例

請參見圖11，本實施例中的光學成像系統10中，由物側至像側依次包括光闌STO、具有正屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4及濾光片L5。

第一透鏡L1的物側面S1於近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S2於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的物側面S3於近光軸處為凸面，第二透鏡L2的像側面S4於近光軸處為凸面，第三透鏡L3的物側面S5於近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S6於近光軸處為凹面，第四透鏡L4的物側面S7於近光軸處為凹面，第四透鏡L4的像側面S8於近光軸處為凹面。第二透鏡L2的像側面S4與第三透鏡L3的物側面S5相黏接。

其中，第一透鏡L1的色散係數為56.000，第二透鏡L2的色散係數為45.400，第三透鏡L3的色散係數為27.500，第四透鏡L4的色散係數為56.000。

表11示出了本實施例的光學成像系統10的特性的表格，其中，焦距、折射率與阿貝數的參考波長均為558nm，曲率半徑、厚度與半直徑的單位均為毫米(mm)。

表12示出了可用於第六實施例中各非球面鏡片S1-S8的高次項係數K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18及A20。

圖12示出了第六實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧矢場曲與子午場曲的最大值均小於0.1mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於1%，畸變也得到了較好的校正。根據圖12可知，第六實施例所給出的光學成像系統10能夠實現良好的成像品質。

表13示出了第一實施例至第六實施例的光學成像系統10中Imgh/f、TL/f、TL2/f、TL3/f、TL4/f、f/EPD及V1/(V2+V3+V4)的值。

請參見圖13，本申請的第七實施例提供一種取像模組100，包括光學成像系統10及感光元件20，感光元件20設於光學成像系統10的像側。

具體地，感光元件20可以採用互補金屬氧化物半導體(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像感測器或者電荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)。

本實施例的取像模組100中的光學成像系統10借由合理地控制Imgh/f的值與TL/f的值，可提升光學成像系統10的圖像解析力，成像品質穩定，能夠縮短光學成像系統10的光學總長度，使光學成像系統10輕薄化與小型化。光學成像系統10借由合理地配置各透鏡的屈折力與面型，可確保各透鏡的性能，減少取像誤差及圖像劣化現象，提升光學成像系統10的圖像解析力。

請參見圖14，本申請第八實施例提供一種電子裝置1000，包括殼體200與取像模組100，取像模組100設於殼體200。

本實施例的電子裝置1000包括但不限於智慧手機、平板電腦、筆記型電腦、電子書籍閱讀器、便攜多媒體播放機(PMP)、便攜電話機、視頻電話機、數碼靜物相機、移動醫療裝置、可穿戴式設備等支援成像的電子裝置1000。

本實施例的電子裝置1000中的光學成像系統10借由合理地控制Imgh/f的值與TL/f的值，可提升光學成像系統10的圖像解析力，成像品質穩定，能夠縮短光學成像系統10的光學總長度，使光學成像系統10輕薄化與小型化。光學成像系統10借由合理地配置各透鏡的屈折力與面型，可確保各透鏡的性能，減少取像誤差及圖像劣化現象，提升光學成像系統10的圖像解析力。

以上實施例僅用以說明本申請的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本申請進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本申請的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本申請技術方案的精神與範圍。