可携式电子装置与其光学成像镜头的制造方法

本发明乃是与一种可携式电子装置与其光学成像镜头相关，且尤其是与应用至少三片透镜之可携式电子装置与其光学成像镜头相关。

背景技术：
近年来，手机和数字相机的普及使得包含光学成像镜头、模块后座单元及影像传感器等之影像模块蓬勃发展，手机和数字相机的薄型轻巧化也让影像模块的小型化需求愈来愈高，随着感光耦合组件(ChargeCoupledDevice,简称CCD)或互补性氧化金属半导体组件(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,简称CMOS)之技术进步和尺寸缩小，装戴在影像模块中的光学成像镜头也需要缩小体积，但光学成像镜头之良好光学性能也是必要顾及之处。波长长于700nm的光波无法直接被人眼感知，因此具有抗干扰、低成本、低耗电及不被人眼察觉的特性，因此常应用在遥控装置、红外线感测系统等装置上。近年来，交互式电子装置也发展出藉由红外线(infrared,IR)或近红外线(nearinfrared,NIR)侦测器侦测使用者的动作来与使用者互动，因此亟需要开发近红外光光学透镜系统。然而，无论光源为何，微型化镜头的技术难度明显高出传统镜头，因此如何制作出符合消费性电子产品需求的光学镜头，并持续提升其成像质量，长久以来一直是本领域产、官、学界所热切追求的目标。

技术实现要素：
本发明之一目的系在提供一种光学透镜系统，其可包括至少三片光学透镜，透过控制各透镜的凹凸曲面排列，并以数个关系式控制相关参数，维持足够之光学性能。依据本发明，提供一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依序包括至少三透镜，如：包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，并可选择性地包括一第四透镜，每一透镜都具有屈光率，而且具有一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。为了便于表示本发明所指的参数，在本说明书及图示中定义：TA代表光圈到往像侧之下一个相邻透镜物侧面在光轴上的距离(负号表示该距离方向朝向物侧)、T1代表第一透镜在光轴上的厚度、AC12代表第一透镜与第二透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T2代表第二透镜在光轴上的厚度、AC23代表第二透镜与第三透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T3代表第三透镜在光轴上的厚度、AC34代表第三透镜与第四透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T4代表第四透镜在光轴上的厚度、AC3F代表作为最后一片透镜之第三透镜之像侧面至红外线滤光片之物侧面在光轴上的距离、AC4F代表作为最后一片透镜之第四透镜之像侧面至红外线滤光片之物侧面在光轴上的距离、TF代表红外线滤光片在光轴上的厚度、ACFP代表红外线滤光片像侧面至成像面在光轴上的距离、EFL或f皆代表光学成像镜头的有效焦距、TTL代表第一透镜之物侧面至一成像面在光轴上的距离、ALT代表第一透镜至最后一片透镜在光轴上的所有透镜厚度总和(如：T1、T2、T3之和或T1、T2、T3、T4之和)、AAG代表第一透镜至最后一片透镜之间在光轴上的所有空气间隙宽度总和(如：G12、G23之和或G12、G23、G34之和)、BFL代表光学成像镜头的后焦距，即最后一片透镜之像侧面至成像面在光轴上的距离(如：AC3F、TF、ACFP之和或AC4F、TF、ACFP之和)，v1代表第一透镜的阿贝数、v2代表第二透镜的阿贝数、v3代表第三透镜的阿贝数、v4代表第四透镜的阿贝数。依据本发明所提供的光学成像镜头，第一透镜的像侧面在圆周附近区域为凸，第二透镜的物侧面在圆周附近区域为凹，第四透镜的物侧面在光轴附近区域为凸，且其像侧面在圆周附近区域为凹，光学成像镜头并满足下列关系式：|v1-v4|≦20关系式(1)；TTL/T4≦10关系式(2)；ALT/T1≦3.5关系式(3)；ALT/AAG≦3.5关系式(4)；及1.5≦T2/AC12≦2.1关系式(5)。本发明可选择性地控制前述参数，额外满足下列关系式：ALT/BFL≦1.751关系式(6)；T1/T2≦2.244关系式(7)；2.237≦BFL/T4关系式(8)；ALT/(T1+T4)≦1.9关系式(9)；ALT/T2≦6.3关系式(10)；0.7≦AAG/T1关系式(11)；2.5≦AAG/AC12关系式(12)；TTL/T1≦7关系式(13)；TTL≦6关系式(14)；Fno≦2.8关系式(15)；3≦HFOV关系式(16)；|v1-v2|≦15关系式(17)；TTL/T2≦12关系式(18)；及/或T4/AC12≦5关系式(19)。以上Fno代表该光学成像镜头的光圈数(fnumber)，HFOV代表该光学成像镜头的半视角(halffieldofview)。前述所列之示例性限定关系式，亦可任意选择性地合并不等数量施用于本发明之实施例中，并不限于此。在实施本发明时，除了前述关系式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制。举例来说，可将第二透镜的该像侧面在圆周附近区域设计为凸等。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中。本发明可依据前述之各种光学成像镜头，提供一种可携式电子装置，其包括一机壳以及一影像模块，影像模块安装于机壳内。影像模块包括依据本发明之任一光学成像镜头、一镜筒、一模块后座单元及一影像传感器。镜筒以供给设置光学成像镜头，模块后座单元以供给设置镜筒，影像传感器位于光学成像镜头的像侧。由上述中可以得知，本发明之可携式电子装置与其光学成像镜头，透过控制各透镜的凹凸曲面排列，并以数个关系式控制相关参数，可维持良好的光学性能，并同时有效地缩短镜头的长度。附图说明图1显示依据本发明之一实施例之一透镜之剖面结构示意图；图2A显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之三片式透镜之剖面结构示意图；图2B显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之弧矢方向和子午方向的像散像差图示意图；图2C显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之畸变像差图示意图；图3A显示依据本发明之第三实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图3B显示依据本发明之第三实施例之光学成像镜头之弧矢方向和子午方向的像散像差图示意图；图3C显示依据本发明之第三实施例之光学成像镜头之畸变像差图示意图；图4显示依据本发明之第四实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图5显示依据本发明之第五实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图6A显示依据本发明之第六实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图6B显示依据本发明之第六实施例之光学成像镜头之横向光扇图。图7A显示依据本发明之第七实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图7B显示依据本发明之第七实施例之光学成像镜头之横向光扇图；图8A显示依据本发明之第八实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图8B显示依据本发明之第八实施例之光学成像镜头之横向光扇图；图8C显示依据本发明之第八实施例之光学成像镜头之光学传递模数曲线图；图9A显示依据本发明之第九实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图9B显示依据本发明之第九实施例之光学成像镜头之横向光扇图；图9C显示依据本发明之第九实施例之光学成像镜头之光学传递模数在视场内的变化曲线图；图10A显示依据本发明之第十实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图10B显示依据本发明之第十实施例之光学成像镜头之横向光扇图；图10C显示依据本发明之第十实施例之光学成像镜头之光学传递模数在视场内的变化曲线图；图11A显示依据本发明之第十一实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图11B显示依据本发明之第十一实施例之光学成像镜头之横向光扇图；图11C显示依据本发明之第十一实施例之光学成像镜头之光学传递模数在视场内的变化曲线图；图12A显示依据本发明之第十二实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图12B显示依据本发明之第十二实施例之光学成像镜头之弧矢方向和子午方向的像散像差图示意图；图12C显示依据本发明之第十二实施例之光学成像镜头之畸变像差图示意图；图13A显示依据本发明之第十三实施例之光学成像镜头之四片式透镜之剖面结构示意图；图13B显示依据本发明之第十三实施例之光学成像镜头之弧矢方向和子午方向的像散像差图示意图；图13C显示依据本发明之第十三实施例之光学成像镜头之畸变像差图示意图；图14显示依据本发明之一实施例之可携式电子装置之一结构示意图；及图15显示依据本发明之另一实施例之可携式电子装置之一结构示意图；图16A显示依据本发明之另一实施例之可携式电子装置之TV畸变像差；图16B显示畸变像差影响成像质量的简单示意图。[符号说明]1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12光学成像镜头400,500可携式电子装置401,501机壳402,502镜筒404,504模块后座单元AS光圈L1,L11,L21,L31,L41,L51,L61第一透镜L2,L12,L22,L32,L42,L52,L62第二透镜L3,L13,L23,L33,L43,L53,L63第三透镜L4,L14,L24,L34,L44,L54,L64第四透镜R1,R3,R5,R7物侧面R2,R4,R6,R8像侧面406,506开口408,508镜片组422,522影像传感器420,520基板505凹陷部512光源514保护盖F,410,510滤光件IP成像面A1物侧A2像侧I光轴I-I'轴线A,B,C,E区域具体实施方式为进一步说明各实施例，本发明乃提供有图式。此些图式乃为本发明揭露内容之一部分，其主要系用以说明实施例，并可配合说明书之相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域具有通常知识者应能理解其他可能的实施方式以及本发明之优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。本篇说明书所言之“一透镜具有正屈光率(或负屈光率)”，是指所述透镜位于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)包括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1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，该透镜之物侧面于A区域具有凸面部、B区域具有凹面部而C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区域更为向内凹陷，而C区域相较于E区域也同理地更为向外凸起。“位于圆周附近区域”，是指位于透镜上仅供成像光线通过之曲面之位于圆周附近区域，亦即图中之C区域，其中，成像光线包括了主光线(chiefray)Lc及边缘光线(marginalray)Lm。“位于光轴附近区域”是指该仅供成像光线通过之曲面之光轴附近区域，亦即图中之A区域。此外，该透镜还包含一延伸部E，用以供该透镜组装于一光学成像镜头内，理想的成像光线并不会通过该延伸部E，但该延伸部E之结构与形状并不限于此，以下之实施例为求图式简洁均省略了部分的延伸部。本发明之光学成像镜头，乃是一定焦镜头，且是由从物侧至像侧沿一光轴依序设置之一光圈、一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及/或一第四透镜所构成，每一透镜都具有屈光率且具有一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。本发明透过设计各透镜之细部特征，而可提供较短的光学成像镜头长度及良好的光学性能。光学成像镜头的第一透镜、第二透镜、第三透镜及/或第四透镜所使用的材质可使特定波段的光波通过，如：可使得波长约850nm或900nm以上之光波通过。举例来说，第一透镜、第二透镜、第三透镜及/或第四透镜可以由对波长介于400nm与700nm之间的可见光有高吸收率且对波长长于850nm或900nm之近红外光有高通透率的材质构成，较佳是由对波长介于400nm与700nm之间的可见光有高吸收率且对波长长于940nm之近红外光有高通透率的材质构成，目前已知材质如：F52R、Ultem1010、UltemXH6050、ExtemXH1005或ExtemUH1006等塑料皆可使用作为透镜主体，然本发明并不限于此，透镜主体上可镀上至少一或多层抗反射层，使得波长约850nm或900nm以上之光波通过，并对400nm至700nm之可见光有良好的吸收率，且较佳地使其光通透率峰值是落在约940nm波长；在另一例中，第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3可使波长900nm以下之光波无法通过，第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3可具有约1.53的折射率，且其阿贝数约为55.6，或者具有约1.63的折射率，且其阿贝数约为23.35，然而本发明并不以此为限。当光学成像镜头中的所有透镜皆使用同一材质制作时，可降低制造成本并简化制造程序。在此设计的前述各镜片之特性主要是考虑光学成像镜头的光学特性与镜头长度，举例来说：为了缩短镜头长度，可控制透镜厚度及/或空气间隙宽度在一定范围，然而要控制所有镜片厚度总和并同时维持良好光学特性是有难度的，因此在此设计光圈设置在第一透镜，结合于第一透镜像侧面上在圆周附近区域为凸、于第二透镜物侧面上在圆周附近区域为凹之特征，可消除场曲和畸变像差；结合形成于第四透镜物侧面上的在光轴附近区域为凸及圆周附近区域为凹之特征，可有效修正像差，使此些特征彼此互相搭配可缩短镜头长度并同时确保成像质量。其次，透过控制各参数之数值，可协助设计者设计出具备良好光学性能、整体长度有效缩短、且技术上可行之光学成像镜头，此些参数之控制范围请参考下表：有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的架构之下，符合上述的关系式时，能较佳地使本发明的镜头长度缩短、可用光圈增大(即光圈值缩小)、视场角增加、成像质量提升或组装良率提升而改善先前技术的缺点。在实施本发明时，除了上述关系式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制。举例来说，可将第二透镜的该像侧面在圆周附近区域设计为凸等。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中，并不限于此。为了说明本发明确实可在提供良好的光学性能的同时，缩短镜头长度，以下提供多个实施例以及其详细的光学数据。首先请一并参考图2A至图2C，其中图2A显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之三片式透镜之剖面结构示意图，图2B显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之弧矢方向和子午方向的像散像差图示意图，图2C显示依据本发明之第一实施例之光学成像镜头之畸变像差图示意图。如图2A所示，本实施例之光学成像镜头1从物侧A1至像侧A2依序包括一光圈(aperturestop)AS、一第一透镜L1、一第二透镜L2及一第三透镜L3，一光轴通过光圈AS中心点。一滤光件F及一影像传感器的一成像面IP皆设置于光学成像镜头1的像侧A2。滤光件F将经过光学成像镜头1的光过滤掉特定波段的波长，例如过滤掉可见光波段或波长约700nm以下之波段等等，可抑制其他光源的干扰，提升人眼看不到的红外线波段的波长于成像面IP上的成像效果。在本实施例中，滤光件F设于第三透镜L3与成像面IP之间且为可见光滤光片(visiblelightfilter)。虽然此处显示之滤光件F为单一组件，然而在其他实施例中，亦可将滤光件设置在他处或设置多个滤光件。在本实施例中，系设计各透镜L1、L2、L3滤光件F及影像传感器的成像面IP之间皆存在空气间隙，如：第一透镜L1与第二透镜L2之间存在一空气间隙AC12、第二透镜L2与第三透镜L3之间存在一空气间隙AC23、第三透镜L3与滤光件F之间存在一空气间隙(图中未示)及滤光件F与影像传感器的成像面IP之间存在一空气间隙(图中未示)，然而在其他实施例中，亦可不具有前述其中任一空气间隙，如：将两相对透镜的表面轮廓设计为彼此相应，而可彼此贴合，以消除其间之空气间隙。在本实施例中，光学成像镜头1的第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3可以是由F52R塑料材质构成，其上可镀上对近红外线之抗反射层。其次，光学成像镜头1之第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3在此示例性地皆是以光轴为对称轴，且形成细部结构...