TWI525340B

TWI525340B - 光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置

Info

Publication number: TWI525340B
Application number: TW103144556A
Authority: TW
Inventors: 許聖偉; 唐子健
Original assignee: 玉晶光電股份有限公司
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-03-11
Also published as: TW201525520A; US20160191764A1

Description

光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置

本發明大致上關於一種光學成像鏡頭，與包含此光學成像鏡頭之電子裝置。具體而言，本發明特別是指一種具有較短鏡頭長度之光學成像鏡頭，及應用此光學成像鏡頭之電子裝置。

近年來，手機和數位相機的普及使得攝影模組(包含光學成像鏡頭、holder及sensor等)蓬勃發展，手機和數位相機的薄型輕巧化也讓攝影模組的小型化需求愈來愈高，隨著感光耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)之技術進步和尺寸縮小，裝戴在攝影模組中的光學成像鏡頭也需要縮小體積，但光學成像鏡頭之良好光學性能也是必要顧及之處。

參照台灣專利號I422898及台灣專利號I461732皆揭露一四片式透鏡結構而言，其第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離均較大，不利手機和數位相機的薄型化，因此極需要開發成像品質良好且鏡頭長度縮短的鏡頭。

於是，本發明可以提供一種輕量化、縮短鏡頭長度、低製造成本、擴大半視場角並能提供高解析度與高成像品質的光學成像鏡頭。本發明四片式成像鏡頭從物側至像側，在光軸上依序安排有一光圈、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡。

本發明提供一種光學成像鏡頭，包含一光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡，各透鏡都具有一朝向物側的物側面及一朝向像側的像側面，其中該第一透鏡的像側面具有一在圓周附近區域的凸面部；該第二透鏡的物側面具有一在光軸附近區域的凹面部；該第三透鏡的物側面具有一在光軸附近區域的凹面部以及一在圓周附近區域的凸面部；該第四透鏡的物側面具有一在光軸附近區域的凸面部，且該光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡只有上述第一透鏡~第四透鏡共四片。

本發明光學成像鏡頭中，第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上空氣間隙的寬度為G12、第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上空氣間隙的寬度為G23、第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上空氣間隙的寬度為G34，所以第一透鏡到第四透鏡之間在光軸上之三個空氣間隙之總合為AAG。

本發明光學成像鏡頭中，第一透鏡在光軸上的中心厚度為T1、第二透鏡在光軸上的中心厚度為T2、第三透鏡在光軸上的中心厚度為T3、第四透鏡在光軸上的中心厚度為T4，所以第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡與第四透鏡在光軸上的中心厚度總合為ALT。另外，第一透鏡的物側面至一成像面在光軸上的長度為TTL。光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，第四透鏡的像側面至成像面在光軸上的長度為BFL。

另外，再定義：f1為該第一透鏡的焦距；f2為該第二透鏡的焦距；f3為該第三透鏡的焦距；f4為該第四透鏡的焦距；n1為該第一透鏡的折射率；n2為該第二透鏡的折射率；n3為該第三透鏡的折射率；n4為該第四透鏡的折射率；V1為該第一透鏡的阿貝係數(Abbe number)；V2為該第二透鏡的阿貝係數；V3為該第三透鏡的阿貝係數；及V4為該第四透鏡的阿貝係數。

本發明光學成像鏡頭中，滿足T3/AAG≧1.4之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足(G12+G34)/T2≦1.4之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足|V1-V4|≦20之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足(T1+T2)/AAG≦3.5之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足ALT/T2≧5.8之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足T2/T4≦0.9之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足EFL/T1≧3.4之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足ALT/AAG≦6.5之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足TTL/(G34+T4)≦8.5之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足EFL/T4≦6.8之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足(T1+T3)/(G12+G23)≦5.0之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足(AAG+ALT)/(G12+G34)≦11之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足TTL/AAG≦11之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足EFL+BFL≦3.0之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足EFL/(G12+G23)≦7.5之關係。

本發明光學成像鏡頭中，滿足T1/T2≧1.7之關係。

進一步地，本發明又提供一種應用前述的光學成像鏡頭之電子裝置。本發明的電子裝置，包含機殼、以及安裝在機殼內的影像模組。影像模組包括：符合前述技術特徵的光學成像鏡頭、用於供光學成像鏡頭設置的鏡筒、用於供鏡筒設置的模組後座單元、用於供該模組後座單元設置的一基板，以及設置於該基板且位於該光學成像鏡頭之一像側的一影像感測器。

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧物側

3‧‧‧像側

4‧‧‧光軸

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧第一物側面

12‧‧‧第一像側面

13‧‧‧凸面部

14‧‧‧凸面部

14A‧‧‧凹面部

14B‧‧‧凹面部

14C‧‧‧凹面部

16‧‧‧凸面部

17‧‧‧凸面部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧第二物側面

22‧‧‧第二像側面

23‧‧‧凹面部

24‧‧‧凹面部

26‧‧‧凹面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧第三物側面

32‧‧‧第三像側面

33‧‧‧凹面部

34‧‧‧凸面部

36‧‧‧凸面部

37‧‧‧凹面部

40‧‧‧第四透鏡

41‧‧‧第四物側面

42‧‧‧第四像側面

43‧‧‧凸面部

44‧‧‧凹面部

46‧‧‧凹面部

47‧‧‧凸面部

T1~T4‧‧‧透鏡中心厚度

70‧‧‧影像感測器

71‧‧‧成像面

72‧‧‧濾光片

80‧‧‧光圈

100‧‧‧可攜式電子裝置

110‧‧‧機殼

120‧‧‧影像模組

130‧‧‧鏡筒

140‧‧‧模組後座單元

141‧‧‧鏡頭後座

142‧‧‧第一座體

143‧‧‧第二座體

144‧‧‧線圈

145‧‧‧磁性元件

146‧‧‧影像感測器後座

172‧‧‧基板

200‧‧‧可攜式電子裝置

I‧‧‧光軸

A~C‧‧‧區域

E‧‧‧延伸部

Lc‧‧‧主光線

Lm‧‧‧邊緣光線

圖1~5繪示本發明光學成像鏡頭判斷曲率形狀方法之示意圖。

圖6繪示本發明四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繪示本發明四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繪示本發明四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繪示本發明四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繪示本發明四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繪示本發明四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繪示本發明四片式光學成像鏡頭的第七實施例之示意圖。

圖19A繪示第七實施例在成像面上的縱向球差。

圖19B繪示第七實施例在弧矢方向的像散像差。

圖19C繪示第七實施例在子午方向的像散像差。

圖19D繪示第七實施例的畸變像差。

圖20繪示應用本發明四片式光學成像鏡頭的可攜式電子裝置的第一較佳實施例之示意圖。

圖21繪示應用本發明四片式光學成像鏡頭的可攜式電子裝置的第二較佳實施例之示意圖。

圖22表示第一實施例詳細的光學數據

圖23表示第一實施例詳細的非球面數據。

圖24表示第二實施例詳細的光學數據。

圖25表示第二實施例詳細的非球面數據。

圖26表示第三實施例詳細的光學數據。

圖27表示第三實施例詳細的非球面數據。

圖28表示第四實施例詳細的光學數據。

圖29表示第四實施例詳細的非球面數據。

圖30表示第五實施例詳細的光學數據。

圖31表示第五實施例詳細的非球面數據。

圖32表示第六實施例詳細的光學數據。

圖33表示第六實施例詳細的非球面數據。

圖34表示第七實施例詳細的光學數據。

圖35表示第七實施例詳細的非球面數據。

圖36表示各實施例之重要參數。

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：

1.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。

2.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。

3.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，依序包含有一光圈80、第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40，濾光片72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與第四透鏡40都可以是由透明的塑膠材質所製成，但本發明不以此為限。在本發明光學成像鏡頭1中，具有屈光率的鏡片總共只有四片。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是設置在物側2與第一透鏡10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，即會經由光圈80、第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40與濾光片72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72還可以是具各種合適功能之濾鏡，可濾除特定波長的光線，例如紅外線等，置於第四透鏡40與成像面71之間。濾光片72的材質為玻璃。

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具有第一物側面11與第一像側面12；第二透鏡20具有第二物側面21與第二像側面22；第三透鏡30具有第三物側面31與第三像側面32；第四透鏡40具有第四物側面41與第四像側面42。

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。所以，在光軸4上光學成像鏡頭1中透鏡的中心厚度總合稱為ALT。亦即，ALT=T1+T2+T3+T4。

另外，本發明光學成像鏡頭1中在各個透鏡之間又具有位在光軸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G12、第二透鏡20到第三透鏡30之間空氣間隙寬度G23、第三透鏡30到第四透鏡40之間空氣間隙寬度G34。所以，第一透鏡10到第四透鏡40之間位於光軸4上各透鏡間之三個空氣間隙寬度之總合即稱為AAG。亦即，AAG=G12+G23+G34。

另外，第一透鏡10的第一物側面11至成像面71在光軸4上的長度，也就是整個光學成像鏡頭的系統總長度為TTL；光學成像鏡頭1的整體焦距為EFL；該第四透鏡40到該濾光片72在光軸4上的空氣間隙為G4F；該濾光片72在光軸4上的厚度為TF；該濾光片72到該成像面71在光軸4上的空氣間隙為GFP；第四透鏡40的第四像側面42至成像面71在光軸4上的長度為BFL，即BFL=G4F+TF+GFP。

另外，再定義：f1為該第一透鏡10的焦距；f2為該第二透鏡20的焦距；f3為該第三透鏡30的焦距；f4為該第四透鏡40的焦距；n1為該第一透鏡10的折射率；n2為該第二透鏡20的折射率；n3為該第三透鏡30的折射率；n4為該第四透鏡40的折射率；V1為該第一透鏡10的阿貝係數(Abbe number)；V2為該第二透鏡20的阿貝係數；V3為該第三透鏡30的阿貝係數；及V4為該第四透鏡40的阿貝係數。

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(Filed)，其最高點均為1.0，各實施例中像散圖及畸變圖之Y軸代表像高，本實施例中系統像高為1.557mm，各實施例中各球差圖與像散圖X軸則代表成像品質範圍。

本發明光學成像鏡頭1的第一實施例依序包含一光圈80、一第一透鏡10、一第二透鏡20、一第三透鏡30、一第四透鏡40、一濾光片72。該光圈80是設置在物側2與第一透鏡10之間。濾光片72可以防止特定波長的光線(例如紅外線)投射至成像面而影響成像品質。

該第一透鏡10具有正屈光率。朝向物側2的第一物側面11為一凸面，具有一位於光軸附近區域的凸面部13以及一位於圓周附近區域的凸面部14，朝向像側3的第一像側面12為一凸面，具有一位於光軸附近區域的凸面部16以及一圓周附近區域的凸面部17。此外，第一物側面11與第一像側面 12均為非球面。

第二透鏡20具有負屈光率。朝向物側2的第二物側面2為一凹面，具有一位於光軸附近區域的凹面部23以及一圓周附近的凹面部24，朝向像側3的第二像側面22具有一位於光軸附近區域的凹面部26以及一位於圓周附近區域的凸面部27。此外，第二物側面21與第二像側面22均為非球面。

第三透鏡30具有正屈光率，朝向物側2的第三物側面31具有一位於光軸附近區域的凹面部33以及一位於圓周附近區域的凸面部34，而朝向像側3的第三像側面32具有一位於光軸附近區域的凸面部36以及一在圓周附近的凹面部37。此外，第三物側面31與第三像側面32均為非球面。

第四透鏡40具有負屈光率，朝向物側2的第四物側面41具有一位於光軸附近區域的凸面部43以及一在圓周附近的凹面部44，朝向像側3的第四像側面42具有一位於光軸附近區域的凹面部46以及一位於圓周附近區域的凸面部47。此外，第四物側面41與第四像側面42均為非球面。濾光片72位於第四透鏡40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到第四透鏡40中，所有物側面11/21/31/41與像側面12/22/32/42共計八個曲面，均為非球面。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為錐面係數(conic constant)；a2i為第2i階非球面係數。

第一實施例成像透鏡系統的光學數據如圖22所示，非球面數據如圖23所示。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，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、厚度及焦距的單位為公厘(mm)。光學成像鏡頭長度TTL(第一透鏡10之物側面11至該成像面71的距離)為2.612公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為42.1788度。第一實施例中各重要參數間的關係列舉如下：T3/AAG=1.824

(G12+G34)/T2=0.697

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=2.319

T2/T4=0.899

ALT/AAG=5.097

EFL/T4=6.246

EFL+BFL=2.574

EFL/(G12+G23)=7.246

ALT/T2=5.941

EFL/T1=4.081

TTL/(G34+T4)=8.185

(T1+T3)/(G12+G23)=3.993

(AAG+ALT)/(G12+G34)=10.191

TTL/AAG=9.263

T1/T2=1.702

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，在此要特別說明的是，為了圖面的整潔，從第二實施例開始，圖中只會標出與第一實施例面形不同處的標號與基本透鏡標號，其它和第一實施例相同之處，如像側面、物側面、光軸附近區域的面形與圓周附近區域的面形等標號，則不再標出。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。第二實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同。第二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。光學成像鏡頭長度2.646公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為41.1648度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=1.407

(G12+G34)/T2=0.938

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=1.864

T2/T4=0.899

ALT/AAG=4.000

EFL/T4=6.788

EFL+BFL=2.627

EFL/(G12+G23)=6.602

ALT/T2=6.103

EFL/T1=4.093

TTL/(G34+T4)=7.659

(T1+T3)/(G12+G23)=3.490

(AAG+ALT)/(G12+G34)=8.133

TTL/AAG=7.503

T1/T2=1.844

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。第三實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同，另外在本實施例中，第一透鏡10的第一物側面11具有一位於圓周附近區域的凹面部14A。第三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，光學成像鏡頭長度2.657公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為40.9076度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=1.405

(G12+G34)/T2=1.200

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=1.725

T2/T4=0.788

ALT/AAG=3.834

EFL/T4=6.792

EFL+BFL=2.638

EFL/(G12+G23)=6.473

ALT/T2=6.914

EFL/T1=4.085

TTL/(G34+T4)=7.485

(T1+T3)/(G12+G23)=3.486

(AAG+ALT)/(G12+G34)=7.264

TTL/AAG=7.225

T1/T2=2.111

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。第四實施例和第一實施例類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同。第四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，光學成像鏡頭長度2.460 公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為44.6233度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=2.048

(G12+G34)/T2=0.792

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=2.234

T2/T4=0.800

ALT/AAG=5.529

EFL/T4=6.168

EFL+BFL=2.400

EFL/(G12+G23)=7.491

ALT/T2=6.727

EFL/T1=4.151

TTL/(G34+T4)=8.198

(T1+T3)/(G12+G23)=4.350

(AAG+ALT)/(G12+G34)=10.114

TTL/AAG=9.614

T1/T2=1.857

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。第五實施例和第一實施例類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同，另外在本實施例中，第一透鏡10的第一物側面11具有一位於圓周附近區域的凹面部14B。第五實施例詳細的光學數據如圖30所示，非球面數據如圖31所示，光學成像鏡頭長度2.675公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為41.3027度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=1.405

(G12+G34)/T2=1.034

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=1.723

T2/T4=0.706

ALT/AAG=3.904

EFL/T4=6.112

EFL+BFL=2.617

EFL/(G12+G23)=5.500

ALT/T2=7.119

EFL/T1=4.042

TTL/(G34+T4)=8.027

(T1+T3)/(G12+G23)=2.989

(AAG+ALT)/(G12+G34)=8.651

TTL/AAG=7.334

T1/T2=2.141

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。第六實施例與第一實施例類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同，另外在本實施例中，第一透鏡10的第一物側面11具有一位於圓周附近區域的凹面部14C。第六實施例詳細的光學數據如圖32所示，非球面數據如圖33所示，光學成像鏡頭長度3.344公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為34.8568度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=1.548

(G12+G34)/T2=0.612

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=2.996

T2/T4=0.579

ALT/AAG=6.459

EFL/T4=3.351

EFL+BFL=2.988

EFL/(G12+G23)=7.494

ALT/T2=5.823

EFL/T1=3.402

TTL/(G34+T4)=4.748

(T1+T3)/(G12+G23)=4.010

(AAG+ALT)/(G12+G34)=10.989

TTL/AAG=9.775

T1/T2=1.701

第七實施例

請參閱圖18，例示本發明光學成像鏡頭1的第七實施例。第七實施例在成像面71上的縱向球差請參考圖19A、弧矢方向的像散像差請參考圖19B、子午方向的像散像差請參考圖19C、畸變像差請參考圖19D。第七實施例中各透鏡表面之凹凸形狀均與第一實施例大致上類似，不同處在於透鏡之參數，如曲率半徑、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等不同。第七實施例詳細的光學數據如圖34所示，非球面數據如圖35所示，光學成像鏡頭長度2.601公厘，而像高為1.557公厘，HFOV為42.5474度。其各重要參數間的關係為：T3/AAG=1.877

(G12+G34)/T2=0.702

|V1-V4|=0.000

(T1+T2)/AAG=2.369

T2/T4=0.896

ALT/AAG=5.202

EFL/T4=6.307

EFL+BFL=2.555

EFL/(G12+G23)=7.377

ALT/T2=6.069

EFL/T1=3.990

TTL/(G34+T4)=8.330

(T1+T3)/(G12+G23)=4.144

(AAG+ALT)/(G12+G34)=10.311

TTL/AAG=9.485

T1/T2=1.764

另外，各實施例之重要參數則整理於圖36中。

本案的光學成像鏡頭可達成的功效至少包含：

(1)本發明中，第一透鏡的像側面具有一在圓周附近區域的凸面部，可幫助收集成像光線，搭配光圈位在第一透鏡與物側之間，有助於擴大視場角。

(2)第二透鏡的物側面具有一光軸附近區域的凹面部，第三透鏡的該物側面具有一在光軸附近區域的凹面部以及一在圓周附近區域的凸面部，第四透鏡的物側面具有一在光軸附近區域的凸面部，以上面型搭配，具有改善像差、消除畸變的功效，以促使提升成像品質。

此外，依據以上之各實施例之各重要參數間的關係，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。不同參數之比例有較佳之範圍，例如：

(1)第三透鏡之曲率半徑較大，因此第三透鏡的厚度不宜太薄，且應與空氣間隙總合AAG保持適當比例，若滿足T3/AAG≧1.4，較佳的範圍介於1.4~2.1之間，將使透鏡間有較佳之配置。

(2)在光學成像鏡頭縮短的過程中，透鏡間的空氣間隙與透鏡都會愈來愈小，其中第一透鏡像側面圓周附近區域為凸面部，第二透鏡物側面光軸區域附近為凹面部，此面型搭配可使G12縮得較小，而第四透鏡的物側面光軸附近區域為凸面部，因此第四透鏡與第三透鏡靠得較近，也使G34較小，故若能滿足(G12+G34)/T2≦1.4，將使透鏡間有較佳之配置。

(3)鏡頭縮短時，色差會較嚴重，當滿足此關係式|V1-V4|≦20時，鏡頭消色差的能力較好。

(4)為了縮短鏡頭長度，盡可能的將透鏡厚度和透鏡間的空氣間隙縮小，但考量到透鏡組合的難度，透鏡間的空氣間隙通常能縮小的程度，比起透鏡厚度能縮小的程度更小，故能滿足以下條件式之數值限定，光學成像系統能有較佳配置：(T1+T2)/AAG≦3.5，較佳的範圍介於1.7~3.0之間；ALT/AAG≦6.5，較佳的範圍介於3.8~6.5之間；(T1+T3)/(G12+G23)≦5，較佳的範圍介於2.9~4.4之間。

(5)第二透鏡之光學有效徑較小，加上第二透鏡物側面光軸附近區域為凹面部，因此第二透鏡厚度T2能做得較薄，若能滿足以下條件式，可使光學成像系統能有較佳配置：ALT/T2≧5.8，較佳的範圍介於5.8~7.2之間；T2/T4≦0.9，較佳的範圍介於0.5~0.9之間；T1/T2≧1.7，較佳的範圍介於1.7~2.2之間。

(6)當光學鏡頭系統縮小尺寸時，透鏡厚度與系統有效焦距EFL皆會同時縮短，但第一透鏡厚度能縮減的比例較大，當滿足條件式EFL/T1≧3.4時，較佳的範圍介於3.4~4.2之間，可使光學成像系統能有較佳配置。

(7)如上所述，透鏡系統做得縮小尺寸的同時，不僅系統焦距EFL及透鏡厚度會縮短，透鏡間的空氣間隙也會跟著變小，但其中第四透鏡光學有效徑較大，因此相對於EFL能縮小的程度較小，而考量組裝的困難度，G12和G23也不宜做得太小，故若能滿足以下條件式，光學成像系統能在長度較短的情況下有較佳之配置：EFL/T4≦6.8，較佳的範圍介於3.3~6.8之間；EFL/(G12+G23)≦7.5，較佳的範圍介於5.5~7.5之間。

(8)在第一透鏡物側面至成像面之間在光軸上的距離TTL縮短的情況下，其中由於第四透鏡之光學有效徑較大，相較於其他透鏡厚度能變薄的程度較小，而透鏡間的空氣間隙總合AAG也因為了避免組裝困難，而不能無限制縮小，因此若滿足以下條件式，能使此光學成像系統有較佳之設計組合：TTL/(G34+T4)≦8.5，較佳的範圍介於4.7~8.2之間；TTL/AAG≦11.0，較佳的範圍介於7.2~9.8之間。

(9)為了使光學頭鏡系統變薄，系統有效焦距EFL及第四透鏡像側面至成像面的距離將盡可能縮小，但需要兼顧良好成像品質，因此滿足EFL+BFL≦3.0，較佳的範圍介於2.4~3.0之間有較佳之光學系統配置。

(10)在縮減透鏡間的空氣間隙總合AAG，以及透鏡厚度總和ALT，以使鏡頭長度變短的過程中，為了降低組裝困難度，且G12及G34能縮短的程度相對較小，故若滿足以下條件式，能有較佳的配置。(AAG+ALT)/(G12+G34)≦11.0，較佳的範圍介於7.2~11.0之間。

本發明之光學成像鏡頭1，還可應用於可攜式電子裝置中。請參閱圖20，其為應用前述光學成像鏡頭1的電子裝置100的第一較佳實施例。電子裝置100包含機殼110，及安裝在機殼110內的影像模組120。圖20僅以行動電話為例，說明電子裝置100，但電子裝置100的型式不以此為限。

如圖20中所示，影像模組120包括如前所述的光學成像鏡頭1。圖20例示前述第一實施例之光學成像鏡頭1。此外，電子裝置100另包含用於供光學成像鏡頭1設置的鏡筒130、用於供鏡筒130設置的模組後座單元(module housing unit)140，用於供模組後座單元140設置的基板172，及設置於基板172、且位於光學成像鏡頭1的像側3的影像感測器70。光學成像鏡頭1中之影像感測器70可以是電子感光元件，例如感光耦合元件或互補性氧化金屬半導體元件。成像面71是形成於影像感測器70。

本發明所使用的影像感測器70是採用板上連接式晶片封裝的封裝方式而直接連接在基板172上。這和傳統晶片尺寸封裝之封裝方式的差別在於，板上連接式晶片封裝不需使用保護玻璃。因此，在光學成像鏡頭1中並不需要在影像感測器70之前設置保護玻璃，然本發明並不以此為限。

須注意的是，本實施例雖顯示濾光片72，然而在其他實施例中亦可省略濾光片72之結構，所以濾光片72並非必要。且機殼110、鏡筒130、及/或模組後座單元140可為單一元件或多個元件組裝而成，但無須限定於此。其次，本實施例所使用的影像感測器70是採用板上連接式晶片封裝(Chip on Board,COB)的封裝方式而直接連接在基板172上，然本發明並不以此為限。

具有屈光率的四片透鏡10、20、30、40例示性地是以於兩透鏡之間分別存在有空氣間隔的方式設置於鏡筒130內。模組後座單元140具有鏡頭後座141，及設置於鏡頭後座141與影像感測器70之間的影像感測器後座146，然在其它的實施態樣中，不一定存在有影像感測器後座146。鏡筒130是和鏡頭後座141沿軸線I-I'同軸設置，且鏡筒130設置於鏡頭後座141的內側。

另請參閱圖21，為應用前述光學成像鏡頭1的可攜式電子裝置200的第二較佳實施例。第二較佳實施例的可攜式電子裝置200與第一較佳實施例的可攜式電子裝置100的主要差別在於：鏡頭後座141具有第一座體142、第二座體143、線圈144及磁性元件145。第一座體142供鏡筒130設置並與鏡筒130外側相貼合且沿軸線I-I'設置、第二座體143沿軸線I-I'並環繞著第一座體142之外側設置。線圈144設置在第一座體142的外側與第二座體143的內側之間。磁性元件145設置在線圈144的外側與第二座體143的內側之間。

第一座體142可帶著鏡筒130及設置在鏡筒130內的光學成像鏡頭1沿軸線I-I'，即圖6之光軸4移動。影像感測器後座146則與第二座體143相貼合。濾光片72，則是設置在影像感測器後座146。第二實施例可攜式電子裝置200的其他元件結構則與第一實施例的可攜式電子裝置100類似，故在此不再贅述。

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，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧物側

3‧‧‧像側

4‧‧‧光軸

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧第一物側面

12‧‧‧第一像側面

13‧‧‧凸面部

14‧‧‧凸面部

16‧‧‧凸面部

17‧‧‧凸面部

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧第二物側面

22‧‧‧第二像側面

23‧‧‧凹面部

24‧‧‧凹面部

26‧‧‧凹面部

27‧‧‧凸面部

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧第三物側面

32‧‧‧第三像側面

33‧‧‧凹面部

34‧‧‧凸面部

36‧‧‧凸面部

37‧‧‧凹面部

40‧‧‧第四透鏡

41‧‧‧第四物側面

42‧‧‧第四像側面

43‧‧‧凸面部

44‧‧‧凹面部

46‧‧‧凹面部

47‧‧‧凸面部

71‧‧‧成像面

72‧‧‧濾光片

80‧‧‧光圈

T1~T4‧‧‧透鏡中心厚度

Claims

一種光學成像鏡頭，從一物側至一像側沿一光軸依序包含一光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，每個透鏡都具有屈光率，且各透鏡均包括一朝向物側使成像光線通過的物側面，以及一朝向像側且使成像光線通過的像側面，其中：該第一透鏡的像側面具有一在圓周附近區域的凸面部；該第二透鏡的物側面具有一在該光軸附近區域的凹面部；該第三透鏡的物側面具有一在該光軸附近區域的凹面部以及一在圓周附近區域的凸面部；該第四透鏡的物側面具有一在該光軸附近區域的凸面部；以及該光學成像鏡頭具有屈光率的透鏡只有上述第一透鏡至第四透鏡共四片，此外，該第二透鏡在該光軸上的中心厚度為T2，該第三透鏡在該光軸上的中心厚度為T3，該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的間隙寬度為G12，該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上的間隙寬度為G34，該第一透鏡至該第四透鏡之間在光軸上三個空氣間隙的寬度總和為AAG，該第一透鏡的阿貝係數為V1，該第四透鏡的阿貝係數為V4，並滿足T3/AAG≧1.4,(G12+G34)/T2≦1.4以及|V1-V4|≦20三條件，此外，該第一透鏡的中心厚度加上該第二透鏡的中心厚度的數值大於該第三透鏡的中心厚度的數值。
如申請專利範圍第1項所述之光學成像鏡頭，其中該第二透鏡的中心厚度的數值大於該第二透鏡以及該第三透鏡之間在該光軸上的間隙寬度。
如申請專利範圍第2項所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，並滿足(T1+T2)/AAG≦3.5之條件。
如申請專利範圍第3項所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的所有透鏡之中心厚度總和為ALT，並滿足ALT/T2≧ 5.8之條件。
如申請專利範圍第2項所述之光學成像鏡頭，其中該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4，並滿足T2/T4≦0.9之條件。
如申請專利範圍第5項所述之光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，並滿足EFL/T1≧3.4之條件。
如申請專利範圍第1項所述之光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，並滿足EFL/(G12+T3)≦3.1之條件。
如申請專利範圍第7項所述之光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4，並滿足EFL/T4≦6.8之條件。
如申請專利範圍第8項所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的間隙寬度為G23，並滿足(T1+T3)/(G12+G23)≦5.0之條件。
如申請專利範圍第8項所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的所有透鏡之中心厚度總和為ALT，並滿足(AAG+ALT)/(G12+G34)≦11之條件。
如申請專利範圍第10項所述之光學成像鏡頭，其中第一透鏡的物側面至一成像面在光軸上的長度為TTL，並滿足TTL/AAG≦11之條件。
如申請專利範圍第7項所述之光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，該第四透鏡的像側面至一成像面在該光軸上的長度為BFL，並滿足EFL+BFL≦3.0mm之條件。
如申請專利範圍第7項所述之光學成像鏡頭，其中該光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的間隙寬度為G23，並滿足EFL/(G12+G23)≦7.5之條件。
如申請專利範圍第13項所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1，並滿足T1/T2≧1.7之條件。
一種電子裝置，包含：一機殼；及一影像模組，安裝在該機殼內，該影像模組包括：如請求項1至14中任一項所述的一光學成像鏡頭；用於供該光學成像鏡頭設置的一鏡筒；用於供該鏡筒設置的一模組後座單元；用於供該模組後座單元設置的一基板；以及設置於該基板且位於該光學成像鏡頭之一像側的一影像感測器。