可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭的制造方法

本發明乃是與一種可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭相關，且尤其是與應用至少三片透鏡之可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭相關。

背景技術：
近年來，手機和數字相機的普及使得包含光學成像鏡頭、模塊后座單元及影像傳感器等之影像模塊蓬勃發展，手機和數字相機的薄型輕巧化也讓影像模塊的小型化需求愈來愈高，隨著感光耦合組件(ChargeCoupledDevice,簡稱CCD)或互補性氧化金屬半導體組件(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,簡稱CMOS)之技術進步和尺寸縮小，裝戴在影像模塊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。波長長于700nm的光波無法直接被人眼感知，因此具有抗干擾、低成本、低耗電及不被人眼察覺的特性，因此常應用在遙控裝置、紅外線感測系統等裝置上。近年來，交互式電子裝置也發展出藉由紅外線(infrared,IR)或近紅外線(nearinfrared,NIR)偵測器偵測使用者的動作來與使用者互動，因此亟需要開發近紅外光光學透鏡系統。然而，無論光源為何，微型化鏡頭的技術難度明顯高出傳統鏡頭，因此如何制作出符合消費性電子產品需求的光學鏡頭，并持續提升其成像質量，長久以來一直是本領域產、官、學界所熱切追求的目標。

技術實現要素：
本發明之一目的系在提供一種光學透鏡系統，其可包括至少三片光學透鏡，透過控制各透鏡的凹凸曲面排列，并以數個關系式控制相關參數，維持足夠之光學性能。依據本發明，提供一種光學成像鏡頭，從物側至像側沿一光軸依序包括至少三透鏡，如：包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡，并可選擇性地包括一第四透鏡，每一透鏡都具有屈光率，而且具有一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。為了便于表示本發明所指的參數，在本說明書及圖示中定義：TA代表光圈到往像側之下一個相鄰透鏡物側面在光軸上的距離(負號表示該距離方向朝向物側)、T1代表第一透鏡在光軸上的厚度、AC12代表第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T2代表第二透鏡在光軸上的厚度、AC23代表第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T3代表第三透鏡在光軸上的厚度、AC34代表第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T4代表第四透鏡在光軸上的厚度、AC3F代表作為最后一片透鏡之第三透鏡之像側面至紅外線濾光片之物側面在光軸上的距離、AC4F代表作為最后一片透鏡之第四透鏡之像側面至紅外線濾光片之物側面在光軸上的距離、TF代表紅外線濾光片在光軸上的厚度、ACFP代表紅外線濾光片像側面至成像面在光軸上的距離、EFL或f皆代表光學成像鏡頭的有效焦距、TTL代表第一透鏡之物側面至一成像面在光軸上的距離、ALT代表第一透鏡至最后一片透鏡在光軸上的所有透鏡厚度總和(如：T1、T2、T3之和或T1、T2、T3、T4之和)、AAG代表第一透鏡至最后一片透鏡之間在光軸上的所有空氣間隙寬度總和(如：G12、G23之和或G12、G23、G34之和)、BFL代表光學成像鏡頭的后焦距，即最后一片透鏡之像側面至成像面在光軸上的距離(如：AC3F、TF、ACFP之和或AC4F、TF、ACFP之和)，v1代表第一透鏡的阿貝數、v2代表第二透鏡的阿貝數、v3代表第三透鏡的阿貝數、v4代表第四透鏡的阿貝數。依據本發明所提供的光學成像鏡頭，第一透鏡的像側面在圓周附近區域為凸，第二透鏡的物側面在圓周附近區域為凹，第四透鏡的物側面在光軸附近區域為凸，且其像側面在圓周附近區域為凹，光學成像鏡頭并滿足下列關系式：|v1-v4|≦20關系式(1)；TTL/T4≦10關系式(2)；ALT/T1≦3.5關系式(3)；ALT/AAG≦3.5關系式(4)；及1.5≦T2/AC12≦2.1關系式(5)。本發明可選擇性地控制前述參數，額外滿足下列關系式：ALT/BFL≦1.751關系式(6)；T1/T2≦2.244關系式(7)；2.237≦BFL/T4關系式(8)；ALT/(T1+T4)≦1.9關系式(9)；ALT/T2≦6.3關系式(10)；0.7≦AAG/T1關系式(11)；2.5≦AAG/AC12關系式(12)；TTL/T1≦7關系式(13)；TTL≦6關系式(14)；Fno≦2.8關系式(15)；3≦HFOV關系式(16)；|v1-v2|≦15關系式(17)；TTL/T2≦12關系式(18)；及/或T4/AC12≦5關系式(19)。以上Fno代表該光學成像鏡頭的光圈數(fnumber)，HFOV代表該光學成像鏡頭的半視角(halffieldofview)。前述所列之示例性限定關系式，亦可任意選擇性地合并不等數量施用于本發明之實施例中，并不限于此。在實施本發明時，除了前述關系式之外，亦可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及/或分辨率的控制。舉例來說，可將第二透鏡的該像側面在圓周附近區域設計為凸等。須注意的是，此些細節需在無沖突之情況之下，選擇性地合并施用于本發明之其他實施例當中。本發明可依據前述之各種光學成像鏡頭，提供一種可攜式電子裝置，其包括一機殼以及一影像模塊，影像模塊安裝于機殼內。影像模塊包括依據本發明之任一光學成像鏡頭、一鏡筒、一模塊后座單元及一影像傳感器。鏡筒以供給設置光學成像鏡頭，模塊后座單元以供給設置鏡筒，影像傳感器位于光學成像鏡頭的像側。由上述中可以得知，本發明之可攜式電子裝置與其光學成像鏡頭，透過控制各透鏡的凹凸曲面排列，并以數個關系式控制相關參數，可維持良好的光學性能，并同時有效地縮短鏡頭的長度。附圖說明圖1顯示依據本發明之一實施例之一透鏡之剖面結構示意圖；圖2A顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之三片式透鏡之剖面結構示意圖；圖2B顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之弧矢方向和子午方向的像散像差圖示意圖；圖2C顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之畸變像差圖示意圖；圖3A顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖3B顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之弧矢方向和子午方向的像散像差圖示意圖；圖3C顯示依據本發明之第三實施例之光學成像鏡頭之畸變像差圖示意圖；圖4顯示依據本發明之第四實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖5顯示依據本發明之第五實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖6A顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖6B顯示依據本發明之第六實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖。圖7A顯示依據本發明之第七實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖7B顯示依據本發明之第七實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖；圖8A顯示依據本發明之第八實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖8B顯示依據本發明之第八實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖；圖8C顯示依據本發明之第八實施例之光學成像鏡頭之光學傳遞模數曲線圖；圖9A顯示依據本發明之第九實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖9B顯示依據本發明之第九實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖；圖9C顯示依據本發明之第九實施例之光學成像鏡頭之光學傳遞模數在視場內的變化曲線圖；圖10A顯示依據本發明之第十實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖10B顯示依據本發明之第十實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖；圖10C顯示依據本發明之第十實施例之光學成像鏡頭之光學傳遞模數在視場內的變化曲線圖；圖11A顯示依據本發明之第十一實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖11B顯示依據本發明之第十一實施例之光學成像鏡頭之橫向光扇圖；圖11C顯示依據本發明之第十一實施例之光學成像鏡頭之光學傳遞模數在視場內的變化曲線圖；圖12A顯示依據本發明之第十二實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖12B顯示依據本發明之第十二實施例之光學成像鏡頭之弧矢方向和子午方向的像散像差圖示意圖；圖12C顯示依據本發明之第十二實施例之光學成像鏡頭之畸變像差圖示意圖；圖13A顯示依據本發明之第十三實施例之光學成像鏡頭之四片式透鏡之剖面結構示意圖；圖13B顯示依據本發明之第十三實施例之光學成像鏡頭之弧矢方向和子午方向的像散像差圖示意圖；圖13C顯示依據本發明之第十三實施例之光學成像鏡頭之畸變像差圖示意圖；圖14顯示依據本發明之一實施例之可攜式電子裝置之一結構示意圖；及圖15顯示依據本發明之另一實施例之可攜式電子裝置之一結構示意圖；圖16A顯示依據本發明之另一實施例之可攜式電子裝置之TV畸變像差；圖16B顯示畸變像差影響成像質量的簡單示意圖。[符號說明]1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12光學成像鏡頭400,500可攜式電子裝置401,501機殼402,502鏡筒404,504模塊后座單元AS光圈L1,L11,L21,L31,L41,L51,L61第一透鏡L2,L12,L22,L32,L42,L52,L62第二透鏡L3,L13,L23,L33,L43,L53,L63第三透鏡L4,L14,L24,L34,L44,L54,L64第四透鏡R1,R3,R5,R7物側面R2,R4,R6,R8像側面406,506開口408,508鏡片組422,522影像傳感器420,520基板505凹陷部512光源514保護蓋F,410,510濾光件IP成像面A1物側A2像側I光軸I-I'軸線A,B,C,E區域具體實施方式為進一步說明各實施例，本發明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發明揭露內容之一部分，其主要系用以說明實施例，并可配合說明書之相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域具有通常知識者應能理解其他可能的實施方式以及本發明之優點。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。本篇說明書所言之“一透鏡具有正屈光率(或負屈光率)”，是指所述透鏡位于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)包括位于某區域的凸面部(或凹面部)”，是指該區域相較于徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行于光軸的方向更為“向外凸起”(或“向內凹陷”)而言。以圖1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，該透鏡之物側面于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，原因在于A區域相較于徑向上緊鄰該區域的外側區域(即B區域)，朝平行于光軸的方向更為向外凸起，B區域則相較于C區域更為向內凹陷，而C區域相較于E區域也同理地更為向外凸起。“位于圓周附近區域”，是指位于透鏡上僅供成像光線通過之曲面之位于圓周附近區域，亦即圖中之C區域，其中，成像光線包括了主光線(chiefray)Lc及邊緣光線(marginalray)Lm。“位于光軸附近區域”是指該僅供成像光線通過之曲面之光軸附近區域，亦即圖中之A區域。此外，該透鏡還包含一延伸部E，用以供該透鏡組裝于一光學成像鏡頭內，理想的成像光線并不會通過該延伸部E，但該延伸部E之結構與形狀并不限于此，以下之實施例為求圖式簡潔均省略了部分的延伸部。本發明之光學成像鏡頭，乃是一定焦鏡頭，且是由從物側至像側沿一光軸依序設置之一光圈、一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及/或一第四透鏡所構成，每一透鏡都具有屈光率且具有一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。本發明透過設計各透鏡之細部特征，而可提供較短的光學成像鏡頭長度及良好的光學性能。光學成像鏡頭的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及/或第四透鏡所使用的材質可使特定波段的光波通過，如：可使得波長約850nm或900nm以上之光波通過。舉例來說，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及/或第四透鏡可以由對波長介于400nm與700nm之間的可見光有高吸收率且對波長長于850nm或900nm之近紅外光有高通透率的材質構成，較佳是由對波長介于400nm與700nm之間的可見光有高吸收率且對波長長于940nm之近紅外光有高通透率的材質構成，目前已知材質如：F52R、Ultem1010、UltemXH6050、ExtemXH1005或ExtemUH1006等塑料皆可使用作為透鏡主體，然本發明并不限于此，透鏡主體上可鍍上至少一或多層抗反射層，使得波長約850nm或900nm以上之光波通過，并對400nm至700nm之可見光有良好的吸收率，且較佳地使其光通透率峰值是落在約940nm波長；在另一例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3可使波長900nm以下之光波無法通過，第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3可具有約1.53的折射率，且其阿貝數約為55.6，或者具有約1.63的折射率，且其阿貝數約為23.35，然而本發明并不以此為限。當光學成像鏡頭中的所有透鏡皆使用同一材質制作時，可降低制造成本并簡化制造程序。在此設計的前述各鏡片之特性主要是考慮光學成像鏡頭的光學特性與鏡頭長度，舉例來說：為了縮短鏡頭長度，可控制透鏡厚度及/或空氣間隙寬度在一定范圍，然而要控制所有鏡片厚度總和并同時維持良好光學特性是有難度的，因此在此設計光圈設置在第一透鏡，結合于第一透鏡像側面上在圓周附近區域為凸、于第二透鏡物側面上在圓周附近區域為凹之特征，可消除場曲和畸變像差；結合形成于第四透鏡物側面上的在光軸附近區域為凸及圓周附近區域為凹之特征，可有效修正像差，使此些特征彼此互相搭配可縮短鏡頭長度并同時確保成像質量。其次，透過控制各參數之數值，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，此些參數之控制范圍請參考下表：有鑒于光學系統設計的不可預測性，在本發明的架構之下，符合上述的關系式時，能較佳地使本發明的鏡頭長度縮短、可用光圈增大(即光圈值縮小)、視場角增加、成像質量提升或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。在實施本發明時，除了上述關系式之外，亦可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及/或分辨率的控制。舉例來說，可將第二透鏡的該像側面在圓周附近區域設計為凸等。須注意的是，此些細節需在無沖突之情況之下，選擇性地合并施用于本發明之其他實施例當中，并不限于此。為了說明本發明確實可在提供良好的光學性能的同時，縮短鏡頭長度，以下提供多個實施例以及其詳細的光學數據。首先請一并參考圖2A至圖2C，其中圖2A顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之三片式透鏡之剖面結構示意圖，圖2B顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之弧矢方向和子午方向的像散像差圖示意圖，圖2C顯示依據本發明之第一實施例之光學成像鏡頭之畸變像差圖示意圖。如圖2A所示，本實施例之光學成像鏡頭1從物側A1至像側A2依序包括一光圈(aperturestop)AS、一第一透鏡L1、一第二透鏡L2及一第三透鏡L3，一光軸通過光圈AS中心點。一濾光件F及一影像傳感器的一成像面IP皆設置于光學成像鏡頭1的像側A2。濾光件F將經過光學成像鏡頭1的光過濾掉特定波段的波長，例如過濾掉可見光波段或波長約700nm以下之波段等等，可抑制其他光源的干擾，提升人眼看不到的紅外線波段的波長于成像面IP上的成像效果。在本實施例中，濾光件F設于第三透鏡L3與成像面IP之間且為可見光濾光片(visiblelightfilter)。雖然此處顯示之濾光件F為單一組件，然而在其他實施例中，亦可將濾光件設置在他處或設置多個濾光件。在本實施例中，系設計各透鏡L1、L2、L3濾光件F及影像傳感器的成像面IP之間皆存在空氣間隙，如：第一透鏡L1與第二透鏡L2之間存在一空氣間隙AC12、第二透鏡L2與第三透鏡L3之間存在一空氣間隙AC23、第三透鏡L3與濾光件F之間存在一空氣間隙(圖中未示)及濾光件F與影像傳感器的成像面IP之間存在一空氣間隙(圖中未示)，然而在其他實施例中，亦可不具有前述其中任一空氣間隙，如：將兩相對透鏡的表面輪廓設計為彼此相應，而可彼此貼合，以消除其間之空氣間隙。在本實施例中，光學成像鏡頭1的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3可以是由F52R塑料材質構成，其上可鍍上對近紅外線之抗反射層。其次，光學成像鏡頭1之第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3在此示例性地皆是以光軸為對稱軸，且形成細部結構...