TWI567416B

TWI567416B - 光學成像鏡頭

Info

Publication number: TWI567416B
Application number: TW103136536A
Authority: TW
Inventors: 廖陳成
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2017-01-21
Also published as: US20160116714A1; TW201616170A; US9804363B2

Description

光學成像鏡頭

本發明是有關於一種光學元件，尤其是有關於一種光學成像鏡頭。

隨著科技發展，手機及數位相機等攜帶型電子裝置越來越蓬勃發展，而手機及數位相機的薄型輕巧化趨勢也使影像模組的小型化需求越來越高。同時，隨著電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件(complementary metal-oxide semiconductor image sensor,CMOS image sensor)等影像感測元件之技術進步和尺寸縮小化，裝載在影像模組中的光學成像鏡頭也需要相應地縮短長度。

為了避免拍攝效果及品質下降，在縮短光學成像鏡頭的長度時也須兼顧良好光學性能，也因此習知光學成像鏡頭的透鏡數量也從2至3片逐漸增加，藉以矯正像差，並達到可與影像感測元件匹配的解像度(resolution)。然而，過度增加透鏡的數量又會導致光學成像鏡頭的長度過長，因此如何在光學成像鏡頭的長度與光學性能之間取得良好的平衡實為光學成像鏡頭設計上的一大難題。

本發明提供一種光學成像鏡頭，具有長度短且光學性能佳的優點。

本發明另提供一種光學成像鏡頭，具有長度短且光學性能佳的優點。

本發明又提供一種光學成像鏡頭，具有長度短且光學性能佳的優點。

本發明一實施例所提供的光學成像鏡頭包括沿光軸由物側至像側依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡以及具第五透鏡。第一透鏡的中心厚度為TH1，第二透鏡的中心厚度為TH2，第三透鏡的中心厚度為TH3，光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且0.52<(TH1+TH2+TH3)/EFL<1.0。

本發明另一實施例所提供的光學成像鏡頭包括沿光軸由物側至像側依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡以及具第五透鏡。第三透鏡的中心厚度為TH3，第四透鏡的中心厚度為TH4，第五透鏡的中心厚度為TH5，光學成像鏡頭的有效焦距為EFL，且0.5<(TH3+TH4+TH5)/EFL<0.65。

本發明又一實施例所提供的光學成像鏡頭，包括沿光軸由物側至像側依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡。第一透鏡的中心厚度為TH1，第二透鏡的中心厚度為TH2，第三透鏡的中心厚度為TH3，第四透鏡的中心厚度為TH4，第五透鏡的中心厚度為TH5，且(TH1+TH2+TH3)/(TH3+TH4+TH5)>1.20。

在本發明的一實施例中，上述之第一透鏡具有正屈光度，第二透鏡具有負屈光度，第三透鏡具有正屈光度，第四透鏡具有負屈光度，第五透鏡具有負屈光度。

在本發明的一實施例中，上述之第一透鏡至少滿足下列條件之一：(1)為雙凸透鏡；(2)具有第一物側面與第一像側面，其中第一物側面與第一像側面至少其中之一為非球面(aspheric surface)；(3)具有第一物側面，且光圈配置於第一透鏡的第一物側面前方。

在本發明的一實施例中，上述之第二透鏡具有第二物側面與第二像側面，其中第二物側面為凹面或凸面，而第二像側面為凹面。

在本發明的一實施例中，上述之第三透鏡具有第三物側面與第三像側面，其中第三物側面為凹面，而第三像側面為凸面。

在本發明的一實施例中，上述之第四透鏡至少滿足下列條件其中之一：(1)具有第四物側面以及第四像側面，其中第四物側面之接近光軸的中間區域為凸面，而第四像側面之接近光軸的中間區域為凹面；(2)折射率範圍介於1.5~1.7。

在本發明的一實施例中，上述之第五透鏡至少滿足下列條件之一：(1)具有第五物側面以及第五像側面，其中第五物側面之接近光軸的中間區域為凸面，第五物側面之遠離光軸的外圍區域具有反曲點，而第五像側面之接近光軸的中間區域為凹面；(2)折射率範圍介於1.5~1.7。

在本發明的一實施例中，上述之第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡與第五透鏡皆為非球面透鏡。

本發明之光學成像鏡頭藉由屈光度分別為正、負、正、負、負的第一透鏡至第五透鏡來達到矯正像差及提高解像度的功效。此外，由於本發明之光學成像鏡頭符合0.52<(TH1+TH2+TH3)/EFL<1.0、0.5<(TH3+TH4+TH5)/EFL<0.65或(TH1+THH2+TH3)/(TH3+TH4+TH5)>1.20的限制條件，所以具有總長度短且易於製造的優點。

100、200‧‧‧光學成像鏡頭

110‧‧‧光軸

120‧‧‧光圈

130‧‧‧濾光片

140‧‧‧成像面

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

L5‧‧‧第五透鏡

P‧‧‧反曲點

ST、S11‧‧‧表面

S1‧‧‧第一物側面

S2‧‧‧第一像側面

S3‧‧‧第二物側面

S4‧‧‧第二像側面

S5‧‧‧第三物側面

S6‧‧‧第三像側面

S7‧‧‧第四物側面

S8‧‧‧第四像側面

S9‧‧‧第五物側面

S10‧‧‧第五像側面

圖1是本發明一實施例之光學成像鏡頭的示意圖。

圖2A是本發明一實施例之光學成像鏡頭的場曲(field curvature)圖。

圖2B是本發明一實施例之光學成像鏡頭的畸變(distortion)圖。

圖2C是本發明一實施例之光學成像鏡頭的四個不同視場的橫向光扇圖(transverse ray fan plot)。

圖3是本發明另一實施例之光學成像鏡頭的示意圖。

圖4A是本發明另一實施例之光學成像鏡頭的場曲圖。

圖4B是本發明另一實施例之光學成像鏡頭的畸變圖。

圖4C是本發明另一實施例之光學成像鏡頭的四個不同視場的橫向光扇圖。

圖1是本發明一實施例之光學成像鏡頭的示意圖。請參照圖1，本實施例之光學成像鏡頭100包括沿光軸110由物側至像側依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4以及第五透鏡L5。第一透鏡L1的中心厚度(沿光軸110的厚度)為TH1，第二透鏡L2的中心厚度為TH2，第三透鏡L3的中心厚度為TH3，第四透鏡的中心厚度為TH4，第五透鏡的中心厚度為TH5，光學成像鏡頭100的有效焦距為EFL，且光學成像鏡頭100至少滿足下列條件其中之一：(1)0.52<(TH1+TH2+TH3)/EFL<1.0；(2)0.5<(TH3+TH4+TH5)/EFL<0.65；(3)(TH1+TH2+TH3)/(TH3+TH4+TH5)>1.20。

本實施例中，第一透鏡L1例如具有正屈光度，第二透鏡L2例如具有負屈光度，第三透鏡L3例如具有正屈光度，第四透鏡L4例如具有負屈光度，而第五透鏡L5例如具有負屈光度。第一透鏡L1例如為雙凸透鏡，藉以提供光學成像鏡頭100的屈光度。第一透鏡L1具有第一物側面S1與第一像側面S2，且第一物側面S1與第一像側面S2至少其中之一例如為非球面，藉以矯正球差(spherical aberration)。第二透鏡L2具有第二物側面S3與第二像側面S4，其中第二物側面S3例如為凹面，在另一實施例中，第二物側面S3也可設計成凸面。此外，第二像側面S4例如為凹面，藉以平衡光學色差(chromatic aberration)，例如軸上色差(axial color)與橫向色差(lateral color)等。

第三透鏡L3具有第三物側面S5與第三像側面S6，其中第三物側面S5例如為凹面，而第三像側面S6例如為凸面，第三透鏡L3可提供光學成像鏡頭100的屈光度以及矯正像散(astigmatism)。第四透鏡L4具有第四物側面S7以及第四像側面S8，第四物側面S7之接近光軸110的中間區域為凸面，而第四像側面S8之接近光軸110的中間區域為凹面，藉以矯正離軸像差，例如慧差(coma)和像散 (astigmatism)。第五透鏡L5具有第五物側面S9以及第五像側面S10，其中第五物側面S9之遠離光軸110的外圍區域具有反曲點P，第五物側面S9之接近光軸110的中間區域為凸面，而第五像側面S10之接近光軸110的中間區域為凹面，藉以矯正離軸像差，例如慧差和像散。

本實施例之光學成像鏡頭100的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3的材質例如為塑膠，但在其他實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3的材質也可選用玻璃。利用玻璃模造的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3由於折射率較高，可使得光學成像鏡頭100的成像表現較好。此外，第四透鏡L4與第五透鏡L5的材質可為塑膠或玻璃。第四透鏡L4與第五透鏡L5的折射率範圍例如介於1.5~1.7，但不以此為限。

本實施例之光學成像鏡頭100可更包括光圈120，配置於第一透鏡L1的第一物側面S1(以虛線表示)。另外，光學成像鏡頭100可更包括濾光片130，設置於第五透鏡L5與成像面140之間。濾光片130例如為紅外線截止片(IR cut filter)，用以避免紅外線影響成像顏色，但本發明並不限制濾光片130的種類，且濾光片130亦可視使用需求而省略。

以下內容將舉出光學成像鏡頭100之各參數的一實施例。需注意的是，以下各實施例的各表中所列的數據資料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參照本發明之後，當可對其參數或設定做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

(表一)

在表一中，表面ST是光圈120的表面，而表面S11指的是濾光片130的表面。表一中各表面的間距為該表面與其右側之相鄰表面於光軸110上之直線距離。舉例來說，第一透鏡L1的第一物側面S1之間距，即為第一物側面S1至第一像側面S2於光軸110上之直線距離。需注意的是，表面ST之間距表示表面ST與第一物側面S1於光軸110上之直線距離，由於第一物側面S1位於表面ST的左側，故在表一中表面ST的間距以負號表示。

本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4與第五透鏡L5例如皆為非球面透鏡，其中第一物側面S1、第一像側面S2、第二物側面S3、第二像側面S4、第三物側面S5、第三像側面S6、第四物側面S7、第四像側面S8、第五物側面S9、第五像側面S10的形狀符合下列非球面公式：式中，Z(h)為光軸110方向之偏移量(sag)，r是接近光軸110處的曲率半徑(如表一所列)。k是二次曲面常數(conic constant)，h是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。C₂、C₄、C₆、C₈、C₁₀...為非球面係數(aspheric coefficient)，其中各表面的C₂為0，其餘詳細數值如表二、表三所示。

本實施例之光學成像鏡頭100藉由屈光度分別為正、負、正、負、負的第一透鏡L1至第五透鏡L5來達到矯正像差及提高解像度的功效。此外，由於本實施例之光學成像鏡頭100至少符合下列條件其中之一：(1)0.52<(TH1+TH2+TH3)/EFL<1.00；(2)0.5<(TH3+TH4+TH5)/EFL<0.65；(3)(TH1+TH2+TH3)/(TH3+TH4+TH5)>1.20，所以具有總長度短且易於製造的優點。符合上述條件，可使本實施例之光學成像鏡頭100具有易於製造及總長度較短的優點。舉例來說，若(TH1+TH2+TH3)/EFL小於0.52，則第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3的厚度太薄而造成加工困難、不易成型，導致生產成本增加。若(TH1+TH2+TH3)/EFL大於1.0，則容易因第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3的厚度太厚而使得光學成像鏡頭100的總長度過長。

圖2A與圖2B是本發明一實施例之光學成像鏡頭的場曲圖以及畸變圖，而圖2C是本發明一實施例之光學成像鏡頭的橫向光扇圖。由於圖2A至圖2C所顯示出的圖型均在標準的範圍內，因此本實施例之光學成像鏡頭100能維持良好成像品質。

圖3是本發明另一實施例之一種光學成像鏡頭的示意圖。請參照圖3，本實施例之光學成像鏡頭200與前述之光學成像鏡頭100的架構及優點相似，因此在本實施例中不再重覆敘述光學成像鏡頭100、200兩者相同的部分。本實施例之光學成像鏡頭200與上述之光學成像鏡頭100的主要差別處在於本實施例之光學成像鏡頭200中，第二透鏡L2的第二物側面S3為凸面。以下將舉出光學成像鏡頭200各參數的一實施例，請參照表四至表六。

在表四中，表面ST是光圈120的表面，而表面S11指的是濾光片130的表面。此外，本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4與第五透鏡L5例如皆為非球面透鏡，其中第一物側面S1、第一像側面S2、第二物側面S3、第二像側面S4、第三物側面S5、第三像側面S6、第四物側面S7、第四像側面S8、第五物側面S9、第五像側面S10的形狀符合前述之非球面公式，其中曲率半徑如表四所示，而各表面的C₂為0，其餘詳細數值如表五、表六所示。

圖4A與圖4B是本發明一實施例之光學成像鏡頭的場曲圖以及畸變圖，而圖4C是本發明一實施例之光學成像鏡頭的橫向光扇圖。由於圖4A至圖4C所顯示出的圖型均在標準的範圍內，因此本實施例之光學成像鏡頭200能維持良好成像品質。

綜上所述，本發明之光學成像鏡頭藉由屈光度分別為正、負、正、負、負的第一透鏡至第五透鏡來達到矯正像差的功效。此外，由於本發明之光學成像鏡頭至少符合下列條件其中之一：(1)0.52<(TH1+TH2+TH3)/EFL<1.0；(2)0.5<(TH3+TH4+TH5)/EFL<0.65；(3)(TH1+TH2+TH3)/(TH3+TH4+TH5)>1.20，所以具有總長度短且易於製造的優點。

100‧‧‧光學成像鏡頭