TWI503567B - 光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置 - Google Patents

光學成像鏡頭及應用此鏡頭之電子裝置 Download PDF

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TWI503567B
TWI503567B TW103101489A TW103101489A TWI503567B TW I503567 B TWI503567 B TW I503567B TW 103101489 A TW103101489 A TW 103101489A TW 103101489 A TW103101489 A TW 103101489A TW I503567 B TWI503567 B TW I503567B
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imaging lens
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汪凱倫
樊大正
張加欣
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玉晶光電股份有限公司
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    • G02—OPTICS
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    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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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縮減系統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，行動通訊裝置和數位相機的普及，使得攝影模組(包含光學成像鏡頭、座體(holder)及感測器(sensor)等)蓬勃發展，行動通訊裝置和數位相機的薄型輕巧化，也讓攝影模組(camera module)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。
目前已知有五片式透鏡結構之光學成像鏡頭，例如，美國專利US 2011/0299178號揭露一種由四片透鏡所組成之光學成像鏡頭，其第一透鏡具有負屈光率且物側面及像側面均為凹面，而第二透鏡具有正屈光率且物側面及像側面均為凸面，此種設計之系統總長度高達18~19公厘(mm)，並無法達到小型化以及兼顧光學性能之效果。
另外，美國專利US 2011/0242683、US 8270097、US 8379326也都揭露一種四片式之光學成像鏡頭，其第一、第二透鏡之屈光率均為負，而且第一、第二透鏡間還存在著相當大之空氣間隙，也無法使系統長度有效地縮短。
因此，能夠如何有效縮減光學鏡頭之系統長度，同時又仍能夠維持足夠之光學性能，一直是業界亟待解決之課題。
於是，本發明可以提供一種輕量化、低製造成本、長度縮短、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光圈、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、以及第四透鏡，其中之每一透鏡都具有屈光率，而光學成像鏡頭中具備屈光率之透鏡總共只有四片。
第一透鏡具有正屈光率、朝向物側的物側面與朝向像側的像側面，此物側面為凸面，而像側面在其圓周附近區域具有凸面部。第二透鏡具有負屈光率與朝向物側的物側面，此物側面在其圓周附近區域具有凹面部。第三透鏡具有正屈光率、朝向物側的物側面與朝向像側的像側面，物側面在其光軸附近區域具有凹面部，像側面在其光軸附近區域具有凸面部。第四透鏡具有朝向物側的物側面與朝向像側的像側面，物側面在其光軸附近區域具有凸面部，像側面在其光軸附近區域具有凹面部以及在其圓周附近區域具有凸面部。
另外，第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G12 、第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G23 、第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上空氣間隙的厚度為G34 、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Gaa ，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 、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Tall ，第四透鏡的像側面至成像面的長度稱為後焦長度(back focal length)BFL，而使得0.5(G12 /G23 )3.0。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(T3 /T4 )1.65。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足5.6(BFL/G23 )。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(T4 /G23 )7。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足2.6(BFL/T4 )。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(Tall /G23 )9.5。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(T3 /Gaa )1.2。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(BFL/G34 )18。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足5.6(BFL/G12 )。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足1.1(T3 /T1 )。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(T1 /T4 )1.45。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足1.6(T1 /T2 )。
本發明光學成像鏡頭中，又滿足(T2 /G12 )1.78。
本發明又提供一種電子裝置，其包含機殼以及影像模組。影像模組安裝在機殼內，又包括如前所述的光學成像鏡頭、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、用於供模組後座單元設置之基板、以及設置於光學成像鏡頭之像側的影像感測器。
1‧‧‧光學成像鏡頭
2‧‧‧物側
3‧‧‧像側
4‧‧‧光軸
10‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
16‧‧‧凹面部
17‧‧‧凸面部
E‧‧‧延伸部
20‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
24‧‧‧凹面部
26‧‧‧凸面部
26’‧‧‧凹面部
27‧‧‧凹面部
27’‧‧‧凸面部
28‧‧‧凸面部
30‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
33‧‧‧凹面部
34‧‧‧凸面部
34’‧‧‧凹面部
36‧‧‧凸面部
37‧‧‧凹面部
37’‧‧‧凸面部
40‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
43‧‧‧凸面部
44‧‧‧凹面部
44’‧‧‧凸面部
45‧‧‧凹面部
46‧‧‧凹面部
47‧‧‧凸面部
60‧‧‧濾光片
70‧‧‧影像感測器
71‧‧‧成像面
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-I’‧‧‧軸線
第1圖繪示本發明光學成像鏡頭的第一實施例之示意圖。
第2A圖繪示第一實施例在成像面上的縱向球差。
第2B圖繪示第一實施例在弧矢方向的像散像差。
第2C圖繪示第一實施例在子午方向的像散像差。
第2D圖繪示第一實施例的畸變像差。
第3圖繪示本發明光學成像鏡頭的第二實施例之示意圖。
第4A圖繪示第二實施例在成像面上的縱向球差。
第4B圖繪示第二實施例在弧矢方向的像散像差。
第4C圖繪示第二實施例在子午方向的像散像差。
第4D圖繪示第二實施例的畸變像差。
第5圖繪示本發明光學成像鏡頭的第三實施例之示意圖。
第6A圖繪示第三實施例在成像面上的縱向球差。
第6B圖繪示第三實施例在弧矢方向的像散像差。
第6C圖繪示第三實施例在子午方向的像散像差。
第6D圖繪示第三實施例的畸變像差。
第7圖繪示本發明光學成像鏡頭的第四實施例之示意圖。
第8A圖繪示第四實施例在成像面上的縱向球差。
第8B圖繪示第四實施例在弧矢方向的像散像差。
第8C圖繪示第四實施例在子午方向的像散像差。
第8D圖繪示第四實施例的畸變像差。
第9圖繪示本發明光學成像鏡頭的第五實施例之示意圖。
第10A圖繪示第五實施例在成像面上的縱向球差。
第10B圖繪示第五實施例在弧矢方向的像散像差。
第10C圖繪示第五實施例在子午方向的像散像差。
第10D圖繪示第五實施例的畸變像差。
第11圖繪示本發明光學成像鏡頭的第六實施例之示意圖。
第12A圖繪示第六實施例在成像面上的縱向球差。
第12B圖繪示第六實施例在弧矢方向的像散像差。
第12C圖繪示第六實施例在子午方向的像散像差。
第12D圖繪示第六實施例的畸變像差。
第13圖繪示本發明光學成像鏡頭的第七實施例之示意圖。
第14A圖繪示第七實施例在成像面上的縱向球差。
第14B圖繪示第七實施例在弧矢方向的像散像差。
第14C圖繪示第七實施例在子午方向的像散像差。
第14D圖繪示第七實施例的畸變像差。
第15圖繪示本發明光學成像鏡頭的第八實施例之示意圖。
第16A圖繪示第八實施例在成像面上的縱向球差。
第16B圖繪示第八實施例在弧矢方向的像散像差。
第16C圖繪示第八實施例在子午方向的像散像差。
第16D圖繪示第八實施例的畸變像差。
第17圖繪示本發明光學成像鏡頭的第九實施例之示意圖。
第18A圖繪示第九實施例在成像面上的縱向球差。
第18B圖繪示第九實施例在弧矢方向的像散像差。
第18C圖繪示第九實施例在子午方向的像散像差。
第18D圖繪示第九實施例的畸變像差。
第19圖繪示本發明光學成像鏡頭曲率形狀之示意圖。
第20圖繪示應用本發明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。
第21圖繪示應用本發明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。
第22圖表示第一實施例詳細的光學數據。
第23圖表示第一實施例詳細的非球面數據。
第24圖表示第二實施例詳細的光學數據。
第25圖表示第二實施例詳細的非球面數據。
第26圖表示第三實施例詳細的光學數據。
第27圖表示第三實施例詳細的非球面數據。
第28圖表示第四實施例詳細的光學數據。
第29圖表示第四實施例詳細的非球面數據。
第30圖表示第五實施例詳細的光學數據。
第31圖表示第五實施例詳細的非球面數據。
第32圖表示第六實施例詳細的光學數據。
第33圖表示第六實施例詳細的非球面數據。
第34圖表示第七實施例詳細的光學數據。
第35圖表示第七實施例詳細的非球面數據。
第36圖表示第八實施例詳細的光學數據。
第37圖表示第八實施例詳細的非球面數據。
第38圖表示第九實施例詳細的光學數據。
第39圖表示第九實施例詳細的非球面數據。
第40圖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)」，是指所述透鏡在光軸附近區域具有正屈光率(或負屈光率)而言。「一透鏡的物側面(或像側面)具有位於某區域的凸面部(或凹面部)」，是指該區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行於光軸的方向更為「向外凸起」(或「向內凹陷」)而言。以圖19為例，其中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，該透鏡之物側面於A區域具有凸面部、B區域具有凹面部而C區域具有凸面部，原因在於A區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域(即B區域)，朝平行於光軸的方向更為向外凸起，B區域則相較於C區域更為向內凹陷，而C區域相較於E區域也同理地更為向外凸起。「圓周附近區域」，是指位於透鏡上僅供成像光線通過之曲面之圓周附近區域，亦即圖中之C區域，其中，成像光線包括了主光線Lc(chief ray)及邊緣光線Lm(marginal ray)。「光軸附近區域」是指該僅供成像光線通過之曲面之光軸附近區域，亦即圖19中之A區域。此外，各透 鏡還包含一延伸部E，用以供該透鏡組裝於光學成像鏡頭內，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延伸部。
如第1圖所示，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4(optical axis)，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、濾光片60及成像面71(image plane)。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80(aperture stop)，而設置於適當之位置。在第1圖中，光圈80是設置在第一透鏡10之前，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60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60還可以是具各種合適功能之濾鏡，例如濾光片60可以是紅外線濾除濾光片(IR cut filter)，置於第四透鏡40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。例如，第一透鏡10具有一物側面11與一像側面12；第二透鏡20具有一物側面21與一像側面22；第三透鏡30具有 一物側面31與一像側面32；第四透鏡40具有一物側面41與一像側面42。另外，本發明光學成像鏡頭1中各個透鏡之物側面或像側面，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。
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具有厚度T1 、第二透鏡20具有厚度T2 、第三透鏡30具有厚度T3 ，而第四透鏡40具有厚度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Tall 。亦即，Tall =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)G。例如，第一透鏡10到第二透鏡20之間空氣間隙G12 、第二透鏡20到第三透鏡30之間空氣間隙G23 、第三透鏡30到第四透鏡40之間空氣間隙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之總合即稱為Gaa 。亦即，Gaa =G12 +G23 +G34 。還有，第四透鏡40的像側面42至成像面71在光軸上的長度，則稱為後焦長度(back focal length)BFL。
第一實施例
請參閱第1圖，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)請參考第2A圖、弧矢(sagittal)方向的像散像差(astigmatic field aberration)請參考第2B圖、子午(tangential)方向的像散像差請參考第2C圖、以及畸變像差(distortion aberration)請參考第2D圖。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，此實施例中各像散圖及畸變圖之Y軸代表像高，。
第一實施例之光學成像鏡頭系統1主要由四枚以塑膠材質製成又 具有屈光率之透鏡10~40、濾光片60、光圈80、與成像面71所構成。光圈80是設置在物側2與第一透鏡10之間。濾光片60可以是紅外線濾光片，用來防止光線中之紅外線投射至成像面而影響成像品質。
第一透鏡10具有正屈光率。物側面11為凸面，像側面12亦為凸面，而在其圓周附近區域具有凸面部17。另外，第一透鏡10之物側面11及像側面12皆為非球面(aspheric surface)。
第二透鏡20具有負屈光率。物側面21為凹面，其具有圓周附近區域的凹面部24，像側面22亦為凹面。另外，第二透鏡20之物側面21以及像側面22皆為非球面。
第三透鏡30具有正屈光率。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凸面部34，像側面32具有位於光軸附近區域之凸面部36，以及位於圓周附近區域的凹面部37。另外，第三透鏡30之物側面31以及像側面32皆為非球面。
第四透鏡40具有負屈光率。物側面41具有在光軸附近區域的凸面部43、與圓周附近區域的凹面部44。像側面42具有在光軸附近區域的凹面部46及圓周附近區域的凸面部47。另外，第四透鏡40之物側面41及像側面42皆為非球面。濾光片60可以是紅外線濾光片，其位於第四透鏡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的所有物側面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第22圖所示；非球面數據如第23圖所示。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，半視場角(Half Field of View,簡稱HFOV)為整體光學透鏡系統中最大視場角(Field of View)的一半，又曲率半徑、厚度及焦距的單位為公厘，EFL為光學成像鏡頭的系統焦距。光學成像鏡頭長度為3.325公厘(第一透鏡物側面至成像面在光軸上的距離)，而系統像高為2.270公厘。第一實施例中各重要參數間的關係列舉如下：
Tall =1.547
Gaa =0.512
BFL=1.267
(G12 /G23 )=0.736(滿足介於0.5~3.0的條件)
(T3 /T4 )=1.363(滿足小於1.65的條件)
(BFL/G23 )=5.650(滿足大於5.6的條件)
(T4 /G23 )=1.672(滿足小於7.0的條件)
(T3 /Gaa )=0.998(滿足小於1.2的條件)
(BFL/T4 )=3.379(滿足大於2.6的條件)
(Tall /G23 )=6.901(滿足小於9.5的條件)
(BFL/G34 )=10.319(滿足小於18.0的條件)
(BFL/G12 )=7.674(滿足大於5.6的條件)
(T3 /T1 )=1.157(滿足大於1.1的條件)
(T1 /T4 )=1.178(滿足小於1.45的條件)
(T2 /G12 )=1.330(滿足小於1.78的條件)
(T1 /T2 )=2.012(滿足大於1.6的條件)
第二實施例
請參閱第3圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第二實施例。第二實施例在成像面71上的縱向球差請參考第4A圖、弧矢方向的像散像差請參考第4B圖、子午方向的像散像差請參考第4C圖、畸變像差請參考第4D圖。第二實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處僅在於曲率半徑、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，以及：第二實施例的第二透鏡20像側面22具有位於光軸附近區域的凸面部26，以及位於圓周附近區域的凹面部27。第二實施例詳細的光學數據如第24圖所示，非球面數據如第25圖所示。光學成像鏡頭長度3.416公厘，而系統像高為2.27公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.539
Gaa =0.525
BFL=1.352
(G12 /G23 )=2.848
(T3 /T4 )=1.235
(BFL/G23 )=10.204
(T4 /G23 )=3.394
(T3 /Gaa )=1.058
(BFL/T4 )=3.006
(Tall /G23 )=11.611
(BFL/G34 )=90.331
(BFL/G12 )=3.582
(T3 /T1 )=1.564
(T1 /T4 )=0.790
(T2 /G12 )=0.472
(T1 /T2 )=1.995
第三實施例
請參閱第5圖，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第6A圖、弧矢方向的像散像差請參考第6B圖、子午方向的像散像差請參考第6C圖、畸變像差請參考第6D圖。第三實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20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凸面部27’，第三透鏡30物側面31為凹面，並具有位於圓周附近區域的凹面部34’，第四透鏡40的物側面41為凸面，並具有位於圓周附近區域的凸面部44’。第三實施例詳細的光學數據如第26圖所示，非球面數據如第27圖所示，光學成像鏡頭長度3.455公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.686
Gaa =0.506
BFL=1.264
(G12 /G23 )=0.903
(T3 /T4 )=1.180
(BFL/G23 )=5.654
(T4 /G23 )=2.005
(T3 /Gaa )=1.045
(BFL/T4 )=2.820
(Tall /G23 )=7.545
(BFL/G34 )=15.680
(BFL/G12 )=6.263
(T3 /T1 )=1.128
(T1 /T4 )=1.046
(T2 /G12 )=1.194
(T1 /T2 )=1.945
第四實施例
請參閱第7圖，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第8A圖、弧矢方向的像散像差請參考第8B圖、子午方向的像散像差請參考第8C圖、畸變像差請參考第8D圖。第四實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20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凸面部27’，第三透鏡30物側面31為凹面，並具有位於圓周附近區域的凹面部34’，第四透鏡40的物側面41具有位於光軸附近區域的凸面部43、位於圓周附近區域的另一凸面部44’以及位於光軸附近區域及圓周附近區域的凹面部45。第四實施例詳細的光學數據如第28圖所示，非球面數據如第29圖所示，光學成像鏡頭長度3.401公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.634
Gaa =0.507
BFL=1.260
(G12 /G23 )=1.820
(T3 /T4 )=1.553
(BFL/G23 )=9.423
(T4 /G23 )=2.705
(T3 /Gaa )=1.108
(BFL/T4 )=3.484
(Tall /G23 )=12.225
(BFL/G34 )=9.692
(BFL/G12 )=5.177
(T3 /T1 )=1.221
(T1 /T4 )=1.272
(T2 /G12 )=1.032
(T1 /T2 )=1.831
第五實施例
請參閱第9圖，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第10A圖、弧矢方向的像散像差請參考第10B圖、子午方向的像散像差請參考第10C圖、畸變像差請參考第10D圖。第五實施例與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20像側面22具有位於光軸附近區域的凹面部26’、位於圓周附近區域的另一凹面部27，以及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凸面部28。第五實施例詳細的光學數據如第30圖所示，非球面數據如第31圖所示，光學成像鏡頭長度3.404公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.711
Gaa =0.460
BFL=1.233
(G12 /G23 )=1.583
(T3 /T4 )=1.445
(BFL/G23 )=9.306
(T4 /G23 )=2.882
(T3 /Gaa )=1.200
(BFL/T4 )=3.229
(Tall /G23 )=12.908
(BFL/G34 )=10.488
(BFL/G12 )=5.881
(T3 /T1 )=1.139
(T1 /T4 )=1.268
(T2 /G12 )=1.395
(T1 /T2 )=1.656
第六實施例
請參閱第11圖，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第12A圖、弧矢方向的像散像差請參考第12B圖、子午方向的像散像差請參考第12C圖、畸變像差請參考第12D圖。第六實施例與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第一透鏡10像側面12具有位於光軸附近區域的凹面部16，第二透鏡20的像側面22具有光軸附近區域的凹面部26’以及位於圓周附近區域的凸面部27’；第三透鏡30物側面31為凹面，並具有位於圓周附近區域的凹面部 34’，像側面32為凸面，並具有位於圓周附近區域的凸面部37’。第六實施例詳細的光學數據如第32圖所示，非球面數據如第33圖所示，光學成像鏡頭長度3.447公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.361
Gaa =1.024
BFL=1.062
(G12 /G23 )=1.248
(T3 /T4 )=1.650
(BFL/G23 )=7.034
(T4 /G23 )=1.633
(T3 /Gaa )=0.397
(BFL/T4 )=4.307
(Tall /G23 )=9.013
(BFL/G34 )=1.551
(BFL/G12 )=5.636
(T3 /T1 )=0.891
(T1 /T4 )=1.851
(T2 /G12 )=1.331
(T1 /T2 )=1.820
第七實施例
請參閱第13圖，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第14A圖、弧矢方向的像散像差請參考第14B圖、子午方向的像散像差請參考第14C圖、畸變像差請參考第14D圖。第七實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20像側面22具有位於光軸附近區域的凹面部26’、位於圓周附近區域的另一凹面部27，以及位於光軸附近區域與圓周附近區域之間的凸面部28。第七實施例詳細的光學數據如第34圖所示，非球面數據如第35圖所示，光學成像鏡頭長度3.518公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =2.098
Gaa =0.446
BFL=0.975
(G12 /G23 )=2.044
(T3 /T4 )=0.535
(BFL/G23 )=7.497
(T4 /G23 )=6.999
(T3 /Gaa )=1.091
(BFL/T4 )=1.071
(Tall /G23 )=16.139
(BFL/G34 )=19.492
(BFL/G12 )=3.668
(T3 /T1 )=0.945
(T1 /T4 )=0.566
(T2 /G12 )=0.705
(T1 /T2 )=2.747
第八實施例
請參閱第15圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第八實施例。第八實施例在成像面71上的縱向球差請參考第16A圖、弧矢方向的像散像差請參考第16B圖、子午方向的像散像差請參考第16C圖、畸變像差請參考第16D 圖。第八實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20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凸面部27’，第三透鏡30物側面31為凹面，並具有位於圓周附近區域的凹面部34’，第四透鏡40的物側面41為凸面，並具有位於圓周附近區域的凸面部44’。第八實施例詳細的光學數據如第36圖所示，非球面數據如第37圖所示，光學成像鏡頭長度3.475公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.739
Gaa =0.476
BFL=1.260
(G12 /G23 )=0.726
(T3 /T4 )=1.214
(BFL/G23 )=5.478
(T4 /G23 )=1.874
(T3 /Gaa )=1.099
(BFL/T4 )=2.924
(Tall /G23 )=7.559
(BFL/G34 )=15.915
(BFL/G12 )=7.551
(T3 /T1 )=1.070
(T1 /T4 )=1.135
(T2 /G12 )=1.770
(T1 /T2 )=1.657
第九實施例
請參閱第17圖，例示本發明光學成像鏡頭1的第九實施例。第九實施例在成像面71上的縱向球差請參考第18A圖、弧矢方向的像散像差請參考第18B圖、子午方向的像散像差請參考第18C圖、畸變像差請參考第18D圖。第九實施例中各透鏡與第一實施例大致上類似，不同處在於曲率半徑、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，以及：第二透鏡20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凸面部27’，第三透鏡30物側面31為凹面，並具有位於圓周附近區域的凹面部34’，第四透鏡40的物側面41為凸面，並具有位於圓周附近區域的凸面部44’。第九實施例詳細的光學數據如第38圖所示，非球面數據如第39圖所示，光學成像鏡頭長度3.466公厘，而系統像高為2.270公厘。其各重要參數間的關係為：
Tall =1.730
Gaa =0.476
BFL=1.260
(G12 /G23 )=0.779
(T3 /T4 )=1.257
(BFL/G23 )=5.637
(T4 /G23 )=1.929
(T3 /Gaa )=1.140
(BFL/T4 )=2.921
(Tall /G23 )=7.741
(BFL/G34 )=16.155
(BFL/G12 )=7.237
(T3 /T1 )=1.158
(T1 /T4 )=1.086
(T2 /G12 )=1.657
(T1 /T2 )=1.623
另外，各實施例之重要參數則整理於第40圖中。
總結以上之各實施例，申請人將本發明之功效整理如下：
1. 第一透鏡之正屈光率可提供鏡頭整體所需之屈光率，而第二透鏡之負屈光率則具有修正像差的效果，第三透鏡之正屈光率可協助分擔此一鏡頭整體所需之正屈光率，降低設計以及製造上的困難度；另外，將光圈置於第一透鏡之前，可增加鏡頭整體聚光能力，縮短鏡頭長度。
2. 第一透鏡物側面為凸面可協助收集成光像光線(image light)，第一透鏡像側面圓周附近區域之凸面部、第二透鏡物側面圓周附近區域之凹面部、第三透鏡物側面光軸附近區域之凹面部、第三透鏡像側面光軸附近區域之凸面部、第四透鏡物側面光軸附近區域之凸面部、以及像側面光軸附近區域之凹面部及圓周附近的凸面部，則可相互搭配地達到提高成像品質的效果。
綜上所述，本發明藉由所述透鏡的設計與相互搭配，而能產生優異的成像品質。
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. G12 /G23 建議介於0.5至3.0之間：G12 及G23 分別為第一透鏡與第二透鏡沿光軸之空氣間隙寬度，以及第二透鏡與第三透鏡之間的空氣間隙寬度，兩者之比值較佳介於0.5~3.0之間，否則任一間隙寬度過大可能影響鏡頭整體的薄型化，任一間隙過小可能提高鏡片組裝之困難度。
2. T3 /T4 建議應小於或等於1.65，T3 /T1 建議應大於或等於1.1，T1 /T4 建議應小於或等於1.45，T1 /T2 建議應大於1.6：T1 至T4 分別為第一至第四透鏡之沿光軸之厚度值，為避免任一鏡片過厚或過薄，各鏡片之間也應該維持適當之比例，建議T3 /T4 較佳小於或等於1.65，並以介於0.5~1.65之間較佳，建議T3 /T1 較佳大於或等於1.1，並以介於1.1~2.0之間較佳，建議T1 /T4 較佳小於或等於1.45，並以介於0.5~1.45之間較佳，建議T1 /T2 較佳大於1.6，並以介於1.6~3.0之間較佳。
3. BFL/G23 建議大於或等於5.6、BFL/G12 建議大於或等於5.6、BFL/T4 建議應大於或等於2.6：BFL為此一成像鏡頭之後焦距，亦即第四透鏡像側面沿光軸至成像面之距離，BFL受限於產品規格或是紅外線濾光片之厚度，其變動受到相當大的限制，至於G12 、G23 、T4 則可縮小，以達到鏡頭整體薄型化之目的，建議BFL/G23 較佳大於或等於5.6，並以介於5.6~11.0之間較佳，建議BFL/G12 較佳大於或等於5.6，並以介於5.6~9.0之間較佳，建議BFL/T4 較佳大於或等於2.6，並以介於2.6~5.0之間較佳。
4. BFL/G34 建議應小於或等於18.0：BFL如前所述變動受到限制，為避免G34 過小而影響組裝，G34 應維持一適當值不宜過小，因此建議BFL/G34 較佳小於或等於18.0，並以介於8.0~18.0之間較佳。
5. T4 /G23 建議較佳小於或等於7.0、Tall /G23 建議較佳小於或等於9.5、T3 /Gaa 建議較佳小於或等於1.2、T2 /G12 建議較佳小於或等於1.78：G12 及G23 如前述縮較小以達到鏡頭整體薄型化之目的，而於兩者縮小之過程中，相關之透鏡厚度或是各透鏡之厚度總和，例如T2 、T3 、T4 、Tall 較佳也與上述間隙維持適當之比例關係，建議T4 /G23 較佳小於或等於7.0，並以介於1.0~7.0之間較佳，建議Tall /G23 較佳小於或等於9.5，並以介於5.0~9.5之間較佳，建議T3 /Gaa 較佳小於或等於1.2，並以介於0.3~1.2之間較佳，建議T2 /G12 較佳小於或等於1.78，並以介於0.4~1.78之間較佳。
本發明之光學成像鏡頭1，還可應用於可攜式電子裝置中。請參閱第20圖，其為應用前述光學成像鏡頭1的可攜式電子裝置100的第一較佳實施例。可攜式電子裝置100包含機殼110，及安裝在機殼110內的影像模組120。第20圖僅以行動電話為例，說明可攜式電子裝置100，但可攜式電子裝置100的型式不以此為限。
如第20圖中所示，影像模組120包括如前所述的光學成像鏡頭1。第21圖例示前述第一實施例之光學成像鏡頭1。此外，可攜式電子裝置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件60，然而在其他實施例中亦可省略濾光件60之結構，所以濾光件60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。
由於本發明光學成像鏡頭1之長度可以僅為3.5公厘左右，因此容許將可攜式電子裝置100之尺寸設計地更為輕薄短小，且仍然能夠提供良好的光學性能與成像品質。藉此，使本發明之各實施例除了具有減少機殼原料用量的經濟效益外，還能滿足輕薄短小的產品設計趨勢與消費需求。
另請參閱第21圖，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'，即第一圖之光軸4移動。影像感測器後座146則與第二座體143相貼合。濾光件60，如紅外線濾光片，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‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
17‧‧‧凸面部
20‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
24‧‧‧凹面部
30‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧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‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
43‧‧‧凸面部
44‧‧‧凹面部
46‧‧‧凹面部
47‧‧‧凸面部
60‧‧‧濾光片
70‧‧‧影像感測器
71‧‧‧成像面
80‧‧‧光圈

Claims (17)

  1. 一種光學成像鏡頭，由一物側至一像側在一光軸上依序包含一光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、以及一第四透鏡，每一透鏡都具有屈光率，其中：該第一透鏡具有正屈光率、朝向該物側的一物側面與朝向該像側的一像側面，該物側面為一凸面，該像側面在其圓周附近區域具有一凸面部；該第二透鏡具有負屈光率與朝向該物側的一物側面，該物側面在其圓周附近區域具有一凹面部；該第三透鏡具有正屈光率、朝向該物側的一物側面與朝向該像側的一像側面，該物側面在其光軸附近區域具有一凹面部，該像側面在其光軸附近區域具有一凸面部；以及該第四透鏡具有朝向該物側的一物側面與朝向該像側的一像側面，該物側面在其光軸附近區域具有一凸面部，該像側面在其光軸附近區域具有一凹面部以及在其圓周附近區域具有一凸面部，其中，該光學成像鏡頭只具備四片具有屈光率之鏡片，該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G12 、該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G23 、該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上空氣間隙的厚度為G34 、該第一透鏡到該第四透鏡之間在該光軸上之三個空氣間隙之總合為Gaa ，該第一透鏡在該光軸上的中心厚度為T1 、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 、該第四透鏡在該光軸上的中心厚度為T4 、該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡在該光軸上的中心厚度總合為Tall 、該第四透鏡的像側面至一成像面的長度為後焦長度BFL，使得0.5(G12 /G23 )3.0與(T3 /T4 )1.65。
  2. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中5.6(BFL/G23 )。
  3. 如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中(T4 /G23 )7。
  4. 如請求項3所述之光學成像鏡頭，其中2.6(BFL/T4 )。
  5. 如請求項2所述之光學成像鏡頭，其中(Tall /G23 )9.5。
  6. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中(T3 /Gaa )1.2。
  7. 如請求項6所述之光學成像鏡頭，其中(BFL/G34 )18。
  8. 如請求項7所述之光學成像鏡頭，其中2.6(BFL/T4 )。
  9. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中5.6(BFL/G23 )。
  10. 如請求項9所述之光學成像鏡頭，其中1.2(T3 /Gaa )。
  11. 如請求項10所述之光學成像鏡頭，其中5.6(BFL/G12 )。
  12. 如請求項10所述之光學成像鏡頭，其中1.1(T3 /T1 )。
  13. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中(T3 /Gaa )1.2。
  14. 如請求項13所述之光學成像鏡頭，其中(T1 /T4 )1.45。
  15. 如請求項14所述之光學成像鏡頭，其中(T2 /G12 )1.78。
  16. 如請求項15所述之光學成像鏡頭，其中1.6(T1 /T2 )。
  17. 一種電子裝置，包含：一機殼；以及一影像模組，安裝在該機殼內，該影像模組包括：如請求項1至16中任一項的一光學成像鏡頭；用於供該光學成像鏡頭設置的一鏡筒(barrel)；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之一基板；以及設置於該光學成像鏡頭之一像側的一影像感測器(sensor)。
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