光学成像镜头及应用此镜头的电子装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种光学成像镜头及应用此镜头的电子装置。该光学成像镜头，其第一透镜的像侧面在圆周附近区域具有凹面部。第二透镜的物侧面在光轴附近区域具有凸面部，像侧面在圆周附近区域具有凸面部。第三透镜具有正屈光率，物侧面在光轴附近区域具有凹面部，像侧面在光轴附近区域具有凸面部。第四透镜的像侧面在光轴附近区域具有凹面部以及在圆周附近区域具有凸面部。此光学成像镜头有屈光率的透镜只有四片。该电子装置包括机壳及安装在该机壳内的影像模块，该影像模块包括上述的光学成像镜头、镜筒、模块后座单元及影像传感器。本发明有效缩减光学镜头的系统长度，同时又仍能够维持足够的光学性能。
【专利说明】光学成像镜头及应用此镜头的电子装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明大致上关于一种光学成像镜头，与包含此光学成像镜头的电子装置。具体而言，本发明特别是指一种缩减系统长度的光学成像镜头，及应用此光学成像镜头的电子
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]近年来，移动通信装置和数字相机的普及，使得摄影模块(包含光学成像镜头、座体(holder)及传感器(sensor)等)蓬勃发展，移动通信装置和数字相机的薄型轻巧化，也让摄影模块(camera module)的小型化需求愈来愈高。随着感光稱合组件(ChargeCoupled Device, CCD)或互补性氧化金属半导体组件(Complementary Metal-OxideSemiconductor, CMOS)的技术进步和尺寸缩小,装戴在摄影模块中的光学成像镜头也需要缩小体积，但光学成像镜头的良好光学性能也是必要顾及之处。
[0003]随着消费者对于成像质量上的需求，传统的四片式透镜的结构，已无法满足更高成像质量的需求。因此亟需发展一种小型且成像质量佳的光学成像镜头。以美国专利号US7920340、US7660049、US7848032揭露的四片式透镜结构，由于其第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离均大于7毫米，所以不利于手机和数字相机等携带型电子产品的薄型化设计。
[0004]因此，能够如何有效缩减光学镜头的系统长度，同时又仍能够维持足够的光学性能，一直是业界亟待解决的课题。
【发明内容】
[0005]于是，本发明可以提供一种轻量化、低制造成本、长度缩短、并能提供高分辨率与高成像质量的光学成像镜头。本发明四片式成像镜头从物侧至像侧，在光轴上依序安排有第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜、以及第四透镜，其中的每一透镜都具有屈光率，而光学成像镜头中具备屈光率的透镜总共只有四片。
[0006]第一透镜具有朝向像侧的像侧面，此像侧面在其圆周附近区域具有凹面部。第二透镜具有朝向物侧的物侧面与朝向像侧的像侧面，此物侧面在其光轴附近区域具有凸面部，此像侧面在其圆周附近区域具有凸面部。第三透镜具有正屈光率、朝向物侧的物侧面与朝向像侧的像侧面，此物侧面在其光轴附近区域具有凹面部，此像侧面在其光轴附近区域具有凸面部。第四透镜具有朝向像侧的像侧面，此像侧面在其光轴附近区域具有凹面部以及在其圆周附近区域具有凸面部。
[0007]另外，第一透镜与第二透镜之间在光轴上空气间隙的厚度为G12、第二透镜与第三透镜之间在光轴上空气间隙的厚度为G23、第三透镜与第四透镜之间在光轴上空气间隙的厚度为G34、第一透镜到第四透镜之间在光轴上的三个空气间隙的总合为Gaa,第一透镜在光轴上的中心厚度为T1、第二透镜在光轴上的中心厚度为T2、第三透镜在光轴上的中心厚度为T3、第四透镜在光轴上的中心厚度为T4、第一透镜、第二透镜、第三透镜与第四透镜在光轴上的中心厚度总合为Tall，第四透镜的像侧面至成像面的长度称为后焦长度(back focal
length)BFL，光学成像镜头的系统焦距为EFL。
[0008]本发明光学成像镜头中，又满足T1/ (G12+G34)≤2.50。
[0009]本发明光学成像镜头中，又满足3.50 ≤(T3+G23) /T4。
[0010]本发明光学成像镜头中，又?两足2.49 ≤(Tall/Gaa)。
[0011]本发明光学成像镜头中，又满足2.5≤(G23+T3)/T2。
[0012]本发明光学成像镜头中，又满足2.5≤(BFL/G23)。
[0013]本发明光学成像镜头中，又?两足G23≤ (G12+G34) ≤ 1.50。
[0014]本发明光学成像镜头中，又?两足0.54 ≤ (G23/T2)。
[0015]本发明光学成像镜头中，又满足7.00≤(BFL+T3) /G12。
[0016]本发明光学成像镜头中，又满足3.70≤(EFL/G23)≤ 10.0O0
[0017]本发明光学成像镜头中，又满足2.20≤(BFIVT1 )。
[0018]本发明光学成像镜头中，又?两足3.30 ≤ (Tall/G23)。
[0019]本发明光学成像镜头中，又?两足2.50 ≤ (T3/G23)。
[0020]本发明光学成像镜头中，又?两足1.25 ≤ (T3/Gaa)。
[0021 ]本发明光学成像镜头中，又满足5.00 ≤ (Tall/T4)。
[0022]本发明又提供一种电子装置，其包含机壳以及影像模块。影像模块安装在机壳内，又包括如前所述的光学成像镜头、用于供光学成像镜头设置的镜筒、用于供镜筒设置的模块后座单元、以及设置于光学成像镜头的像侧的影像传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明光学成像镜头的第一实施例的示意图。
[0024]图2的(A)部分是第一实施例在成像面上的纵向球差图。
[0025]图2的(B)部分是第一实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0026]图2的(C)部分是第一实施例在子午方向的像散像差图。
[0027]图2的(D)部分是第一实施例的畸变像差图。
[0028]图3是本发明光学成像镜头的第二实施例的示意图。
[0029]图4的(A)部分是第二实施例在成像面上的纵向球差图。
[0030]图4的(B)部分是第二实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0031]图4的(C)部分是第二实施例在子午方向的像散像差图。
[0032]图4的(D)部分是第二实施例的畸变像差图。
[0033]图5是本发明光学成像镜头的第三实施例的示意图。
[0034]图6的(A)部分是第三实施例在成像面上的纵向球差图。
[0035]图6的(B)部分是第三实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0036]图6的(C)部分是第三实施例在子午方向的像散像差图。
[0037]图6的(D)部分是第三实施例的畸变像差图。
[0038]图7是本发明光学成像镜头的第四实施例的示意图。
[0039]图8的(A)部分是第四实施例在成像面上的纵向球差图。
[0040]图8的(B)部分是第四实施例在弧矢方向的像散像差图。[0041]图8的(C)部分是第四实施例在子午方向的像散像差图。
[0042]图8的(D)部分是第四实施例的畸变像差图。
[0043]图9是本发明光学成像镜头的第五实施例的示意图。
[0044]图10的(A)部分是第五实施例在成像面上的纵向球差图。
[0045]图10的(B)部分是第五实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0046]图10的(C)部分是第五实施例在子午方向的像散像差图。
[0047]图10的(D)部分是第五实施例的畸变像差图。
[0048]图11是本发明光学成像镜头的第六实施例的示意图。
[0049]图12的(A)部分是第六实施例在成像面上的纵向球差图。
[0050]图12的(B)部分是第六实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0051]图12的(C)部分是第六实施例在子午方向的像散像差图。
[0052]图12的(D)部 分是第六实施例的畸变像差图。
[0053]图13是本发明光学成像镜头的第七实施例的示意图。
[0054]图14的(A)部分是第七实施例在成像面上的纵向球差图。
[0055]图14的(B)部分是第七实施例在弧矢方向的像散像差图。
[0056]图14的(C)部分是第七实施例在子午方向的像散像差图。
[0057]图14的(D)部分是第七实施例的畸变像差图。
[0058]图15是本发明光学成像镜头曲率形状的示意图。
[0059]图16是应用本发明光学成像镜头的可携式电子装置的第一较佳实施例的示意图。
[0060]图17是应用本发明光学成像镜头的可携式电子装置的第二较佳实施例的示意图。
[0061]图18是第一实施例详细的光学数据的图表。
[0062]图19是第一实施例详细的非球面数据的图表。
[0063]图20是第二实施例详细的光学数据的图表。
[0064]图21是第二实施例详细的非球面数据的图表。
[0065]图22是第三实施例详细的光学数据的图表。
[0066]图23是第三实施例详细的非球面数据的图表。
[0067]图24是第四实施例详细的光学数据的图表。
[0068]图25是第四实施例详细的非球面数据的图表。
[0069]图26是第五实施例详细的光学数据的图表。
[0070]图27是第五实施例详细的非球面数据的图表。
[0071]图28是第六实施例详细的光学数据的图表。
[0072]图29是第六实施例详细的非球面数据的图表。
[0073]图30是第七实施例详细的光学数据的图表。
[0074]图31是第七实施例详细的非球面数据的图表。
[0075]图32是各实施例的重要参数的图表。
[0076]【符号说明】
[0077]I 光学成像镜头[0078]2 物侧
[0079]3 像侧
[0080]4 光轴
[0081]10第一透镜
[0082]11物侧面
[0083]12像侧面
[0084]17凹面部
[0085]E 延伸部
[0086]20第二透镜
[0087]21物侧面
[0088]22像侧面
[0089]23凸面部
[0090]27凸面部
[0091]30第三透镜
[0092]31物侧面
[0093]32像侧面
[0094]33 凹面部
[0095]36 凸面部
[0096]40第四透镜
[0097]41物侧面
[0098]42像侧面
[0099]43 凸面部
[0100]44凹面部
[0101]46凹面部
[0102]47凸面部
[0103]60滤光片
[0104]70影像传感器
[0105]71成像面
[0106]80 光圈
[0107]100可携式电子装置
[0108]110 机壳
[0109]120影像模块
[0110]130 镜筒
[0111]140模块后座单元
[0112]141镜头后座
[0113]142 第一座体
[0114]143 第二座体
[0115]144 线圈
[0116]145磁性组件[0117]146影像传感器后座
[0118]172 基板
[0119]200可携式电子装置
[0120]1-1’ 轴线
【具体实施方式】
[0121 ] 在开始详细描述本发明之前，首先要说明的是，在本发明附图中，类似的组件是以相同的编号来表示。其中，本篇说明书所言的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜在光轴附近区域具有正屈光率(或负屈光率)而言。「一透镜的物侧面(或像侧面)具有位于某区域的凸面部(或凹面部)」，是指该区域相较于径向上紧邻该区域的外侧区域，朝平行于光轴的方向更为「向外凸起」(或「向内凹陷」)而言。以图15为例,其中I为光轴且此一透镜是以该光轴I为对称轴径向地相互对称，该透镜的物侧面于A区域具有凸面部、B区域具有凹面部而C及D区域具有凸面部，原因在于A区域相较于径向上紧邻该区域的外侧区域(即B区域)，朝平行于光轴的方向更为向外凸起，B区域则相较于C及D区域更为向内凹陷，而C及D区域相较于E区域也同理地更为向外凸起。「圆周附近区域」，是指位于透镜上仅供成像光线通过的曲面的圆周附近区域，亦即图中的C及D区域，其中，成像光线包括了主光线Lc (chief ray)及边缘光线Lm (marginal ray)。「光轴附近区域」是指该仅供成像光线通过的曲面的光轴附近区域，亦即图15中的A区域。此外，各透镜还包含一延伸部E，用以供该透镜组装于光学成像镜头内，理想的成像光线并不会通过该延伸部E，但该延伸部E的结构与形状并不限于此，以下的实施例为求附图简洁均省略了延伸部。
[0122]如图1所示，本发明光学成像镜头I，从放置物体(图未示)的物侧2至成像的像侧
3,沿着光轴4 (optical axis),依序包含有第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、滤光片60及成像面71 (image plane)。一般说来,第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30与第四透镜40都可以是由透明的塑料材质所制成，但本发明不以此为限。在本发明光学成像镜头I中，具有屈光率的镜片总共只有四片。光轴4为整个光学成像镜头I的光轴，所以每个透镜的光轴和光学成像镜头I的光轴都是相同的。
[0123]此外,光学成像镜头I还包含光圈80(aperture stop),而设置于适当的位置。在图1中，光圈80是设置在第二透镜20的物侧21之前，第一透镜10与第二透镜20之间。当由位于物侧2的待拍摄物(图未示)所发出的光线(图未示)进入本发明光学成像镜头I时，即会经由第一透镜10、光圈80、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40与滤光片60之后，会在像侧3的成像面71上聚焦而形成清晰的影像。
[0124]在本发明各实施例中，选择性设置的滤光片60还可以是具各种合适功能的滤镜，例如滤光片60可以是红外线滤除滤光片(IR cut filter)，置于第四透镜40与成像面71之间。也可以选择性的在第一透镜10前面或是滤光片60后面设置保护玻璃(图未示)，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。
[0125]本发明光学成像镜头I中的各个透镜，都分别具有朝向物侧2的物侧面，与朝向像侧3的像侧面。例如，第一透镜10具有一物侧面11与一像侧面12 ;第二透镜20具有一物侧面21与一像侧面22 ;第三透镜30具有一物侧面31与一像侧面32 ;第四透镜40具有一物侧面41与一像侧面42。另外，本发明光学成像镜头I中各个透镜的物侧面或像侧面，都具有接近光轴4的光轴附近区域、与远离光轴4的圆周附近区域。
[0126]本发明光学成像镜头I中的各个透镜，还都分别具有位在光轴4上的中心厚度T。例如，第一透镜10具有厚度T1、第二透镜20具有厚度T2、第三透镜30具有厚度T3，而第四透镜40具有厚度T4。所以，在光轴4上光学成像镜头I中透镜的中心厚度总合称为Tall。亦即，Tall=WT3+!^
[0127]另外，本发明光学成像镜头I中在各个透镜之间又具有位在光轴4上的空气间隙(air gap)G。例如，第一透镜10到第二透镜20之间空气间隙G12、第二透镜20到第三透镜30之间空气间隙G23、第三透镜30到第四透镜40之间空气间隙G34。所以，第一透镜10到第四透镜40之间位于光轴4上各透镜间的三个空气间隙的总合即称为Gaa。亦即，Gaa=G12+G23+G34。还有，第四透镜40的像侧面42至成像面71在光轴上的长度，则称为后焦长度(back focallength) BFL。
[0128]第一实施例
[0129]请参阅图1，例示本发明光学成像镜头I的第一实施例。第一实施例在成像面71上的纵向球差图(longitudinal spherical aberration)请参考图2的(A)部分、弧矢(sagittal)方向的像散像差图(astigmatic field aberration)请参考图2的(B)部分、子午(tangential)方向的像散像差图请参考图2的(C)部分、以及畸变像差图(distortionaberration)请参考图2的(D)部分。所有实施例中各球差图的Y轴代表视场，其最高点均为1.0，此实施例中各像散图及畸变图的Y轴代表像高。
[0130]第一实施例的光学成像镜头系统I主要由四枚以塑料材质制成又具有屈光率的透镜10~40、滤光片60、光圈80、与成像面71所构成。光圈80是设置在第一透镜10与第二透镜20之间。滤光片60可以是红外线滤光片，用来防止光线中的红外线投射至成像面而影响成像质量。
[0131]第一透镜10具有负屈光率，且其物侧面为凸面并具有位于光轴附近区域的凸面部及一位于圆周附近区域的凸面部，像侧面12在光轴附近区域具有凹面部且其圆周附近区域具有凹面部17。另外，第一透镜10的物侧面11及像侧面12皆为非球面(asphericsurface)。
[0132]第二透镜20的屈光率为正，且物侧面21为凸面并具有位于光轴附近区域的凸面部23及一位于圆周附近区域的凸面部，像侧面22为凸面，具有位于光轴附近区域的凸面部及一位于圆周附近区域的凸面部27。另外，第二透镜20的物侧面21以及像侧面22皆为非球面。
[0133]第三透镜30具有正屈光率。物侧面31为凹面，具有位于光轴附近区域的凹面部33及一位于圆周附近区域的凹面部，像侧面32为凸面，具有位于光轴附近区域的凸面部36及一位于圆周附近区域的凸面部。另外，第三透镜30的物侧面31以及像侧面32皆为非球面。
[0134]第四透镜40具有负屈光率，物侧面41具有位于光轴附近区域的凸面部43与位于圆周附近区域的凹面部44，像侧面42具有一位于在光轴附近区域的凹面部46及一位于圆周附近区域的凸面部47。 另外，第四透镜40的物侧面41及像侧面42皆为非球面。滤光片60可以是红外线滤光片，其位于第四透镜40以及成像面71之间。
[0135]在本发明光学成像镜头I中，从第一透镜10到第四透镜40的所有物侧面11/21/31/41与像侧面12/22/32/42共计八个曲面，均为非球面。这些非球面系经由下列公式所定义:
[0136]
【权利要求】
1.一种光学成像镜头，由一物侧至一像侧在一光轴上依序包含一第一透镜、一光圈、一第二透镜、一第三透镜、以及一第四透镜，其中: 该第一透镜具有朝向该像侧的一像侧面，该像侧面在其圆周附近区域具有一凹面部； 该第二透镜具有朝向该物侧的一物侧面与朝向该像侧的一像侧面，该物侧面在其光轴附近区域具有一凸面部，该像侧面在其圆周附近区域具有一凸面部； 该第三透镜具有正屈光率、朝向该物侧的一物侧面与朝向该像侧的一像侧面，该物侧面在其光轴附近区域具有一凹面部，该像侧面在其光轴附近区域具有一凸面部；以及 该第四透镜具有朝向该像侧的一像侧面，该像侧面在其光轴附近区域具有一凹面部以及在其圆周附近区域具有一凸面部； 其中，该光学成像镜头只具备四片具有屈光率的镜片。
2.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第一透镜在该光轴上的中心厚度为T1、该第一透镜与该第二透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G12、该第三透镜与该第四透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G34，使得T1/ (G12+G34) ( 2.50。
3.如权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第三透镜在该光轴上的中心厚度为T3、该第四透镜在该光轴上的中心厚度为T4，使得3.50 ( (T3+G23) /T40
4.如权利要求3所述的光学成像镜头，其特征在于:该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜在该光轴上的中心厚度总合为Tall、该第一透镜到该第四透镜之间在该光轴上的三个空气间隙的总合为Gaa，使得2.49 ( (Tall/Gaa)。
5.如权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第二透镜在该光轴上的中心厚度为T2、该第三透镜在该光轴上的中心厚度为T3，使得2.5 ( (G23+T3) /T20
6.如权利要求5所述的光学成像镜头，其特征在于:该第四透镜的像侧面至一成像面的长度为后焦长度BFL，使得2.5 ( (BFL/G23)。
7.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第一透镜与该第二透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G12、该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第三透镜与该第四透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G34,使得G23/ (G12+G34)(1.50。
8.如权利要求7所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜在该光轴上的中心厚度为 T2，使得 0.54 ^ (G23A2)0
9.如权利要求8所述的光学成像镜头，其特征在于:该第四透镜的像侧面至一成像面的长度为后焦长度BFL、该第三透镜在该光轴上的中心厚度为T3,使得7.00 ( (BFL+T3) /G12。
10.如权利要求7所述的光学成像镜头，其特征在于:EFL为光学成像镜头的系统焦距，又满足 3.7 ≤(EFL/G23)≤ 10.00。
11.如权利要求10所述的光学成像镜头，其特征在于:该第四透镜的像侧面至一成像面的长度为后焦长度BFL、该第一透镜在该光轴上的中心厚度为T1，使得2.20 ( (BFIVT1 )。
12.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜在该光轴上的中心厚度总合为Tall，使得3.30 ( (Tall/G23)。
13.如权利要求12所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜在该光轴上的中心厚度为T2、该第三透镜在该光轴上的中心厚度为T3，使得2.5 ( (G23+T3) /T20
14.如权利要求13所述的光学成像镜头，其特征在于:2.50 ( (T3/G23)。
15.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第三透镜在该光轴上的中心厚度为T3、该第四透镜在该光轴上的中心厚度为T4，使得3.50 ( (T3+G23) /T40
16.如权利要求15所述的光学成像镜头，其特征在于:该第一透镜到该第四透镜之间在该光轴上的三个空气间隙的总合为Gaa，使得1.25 ( (T3/Gaa)。
17.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第二透镜在该光轴上的中心厚度为T2,使得0.54 ( (G23/T2)。
18.如权利要求17所述的光学成像镜头，其特征在于:该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上空气间隙的厚度为G23、该第四透镜的像侧面至一成像面的长度为后焦长度BFL,使得 2.50 ( (BFL/G23)。
19.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于:该第四透镜在该光轴上的中心厚度为T4、该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜在该光轴上的中心厚度总合为Tall，使得 5.00 ^(TallA4)0
20.—种电子装置，包含: 一机壳；以及 一影像模块，安装在该机壳内，该影像模块包括: 如权利要求1至19中任一项的一光学成像镜头； 用于供该光学成像镜头设置的一镜筒； 用于供该镜筒设置的一模块后座单元；以及 设置于该光学成像镜头 的一像侧的一影像传感器。
【文档编号】G02B13/18GK103969808SQ201310746543
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】汪凯伦, 叶龙, 陈雁斌 申请人:玉晶光电(厦门)有限公司