CN111399186A - 光学系统、摄像模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学系统及电子设备。光学系统沿入射光路依次包括：镜头元件，包括至少一个透镜，镜头元件具有正屈折力；及光路调节元件，包括入射面和至少一个有效反射面，入射面朝向镜头元件的像端，来自镜头元件的光束能够穿过入射面以进入光路调节元件，并在有效反射面处发生反射；且光学系统满足关系：SDL/SDF＜1.5；SDL为镜头元件中最靠近像端的透镜的像侧面口径大小，SDF为入射面的口径大小。上述光学系统能够在兼顾长焦特性的同时，还有利于提高画面亮度，缩短轴向长度。

Description

光学系统、摄像模组及电子设备

技术领域

本发明涉及摄像技术领域，特别是涉及一种光学系统、摄像模组及电子设备。

背景技术

近年来，随着智能手机、智能手表等便携式电子设备的普及，设备的摄像性能越来越受到市场的关注。特别地，为满足市场对远摄和超远摄摄像性能的需求，超长焦距的镜头随之兴起。而由于此类镜头一般有较长的后焦，一般会占用设备较大的空间，进而导致设备的厚度过大，且此类长焦镜头所拍摄的画面常常会存在亮度不足的问题。因此，如何解决使模组在拥有长焦特性的前提下，依然能够获得亮度充足的成像画面，且不会因模组尺寸过大而制约设备的小型化设计的问题，已然成为行业内人士的重要关注点之一。

发明内容

基于此，有必要针对如何兼顾远摄性能，且同时拥有亮度充足的画面及尺寸小型化的问题，提供一种光学系统、摄像模组及电子设备。

一种光学系统，沿入射光路依次包括：

镜头元件，包括至少一个透镜，所述镜头元件具有正屈折力；及

光路调节元件，包括入射面和至少一个有效反射面，所述入射面朝向所述镜头元件的像端，来自所述镜头元件的光束能够穿过所述入射面以进入所述光路调节元件，并在所述有效反射面处发生反射；

且所述光学系统满足以下关系：

SDL/SDF＜1.5；

其中，SDL为所述镜头元件中最靠近像端的透镜的像侧面口径大小，SDF为所述入射面的口径大小。

对于具有长焦特性的镜头而言，此类镜头的后焦距较大，从而导致模组需要沿镜头的轴向留出较大的空间以匹配镜头的长焦距，使来自镜头的光束能够在成像面上会聚，但这种结构往往会导致模组的轴向尺寸过大，不利于在设备中的装配。而在上述光学系统中，通过在所述镜头元件的出射光路上设置所述光路调节元件，使来自所述镜头元件的光束能够在所述光路调节元件中被反射以改变传播光路，从而能够起到减小模组于轴向(平行于所述镜头元件的光轴)上的尺寸，进而减小模组于设备的厚度方向上的占据空间，以使设备能够实现超薄化设计。需注意的是，上述结构并未减小模组的后焦长度，而是将由所述镜头元件出射的光束的传播光路进行弯折，因此能够使所述光学系统保持长焦特性。再者，当所述光学系统满足上述关系式条件时，能够有效增大所述光路调节元件对来自所述镜头元件的光束的收集，从而增加成像画面的亮度，进而提高模组的成像质量。

在其中一个实施例中，所述光路调节元件包括第一光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面、第一出射面及两个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，两个所述有效反射面分别为第一反射面和第二反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一反射面、所述第二反射面及所述第一出射面。所述光路调节元件能够对来自所述镜头元件的光束进行两次反射，从而能够对所述入射光路进行良好地调节以减小模组于轴向上的尺寸。

在其中一个实施例中，所述第一入射面的一端连接所述第一出射面，相背的另一端连接所述第二反射面；所述第一出射面于远离所述第一入射面的一端连接所述第一反射面；所述第一入射面垂直于所述第一出射面，所述第一入射面与所述第二反射面呈112.5°夹角，所述第一出射面与所述第一反射面呈112.5°夹角。上述设计能够使入射光束的光轴与出射光束的光轴呈90°夹角。

在其中一个实施例中，所述第一入射面与所述第一出射面共面设置。通过使所述第一入射面与所述第一出射面共面设置，进入所述第一光路元件的光束最终能够以相反的方向从所述第一光路元件出射，从而能够进一步减小所述光学系统于轴向上的尺寸，以有效实现模组的小型化设计。

在其中一个实施例中，所述光路调节元件包括第一光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面，第一出射面及四个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，四个所述有效反射面分别为第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一反射面、所述第二反射面、所述第三反射面、所述第四反射面及所述第一出射面。通过设置四个所述有效反射面，来自所述镜头元件的光线能够在所述第一光路元件中受到相应次数的反射，以使所述入射光路在所述第一光路元件中得到有效弯折，从而进一步减小模组于轴向上的尺寸。

在其中一个实施例中，在所述第一入射面与所述第一反射面之间的所述入射光路为第一光路，在所述第一反射面与所述第二反射面之间的所述入射光路为第二光路，在所述第二反射面与所述第三反射面之间的所述入射光路为第三光路，在所述第三反射面与所述第四反射面之间的所述入射光路为第四光路，在所述第四反射面与所述第一出射面之间的所述入射光路为第五光路；所述光学系统包括第一方向和第二方向，所述第一方向垂直于所述第二方向，且两者均垂直于所述镜头元件的光轴；

所述第一光路与所述镜头元件的光轴共线，所述第二光路垂直于所述第一光路，所述第三光路分别垂直于所述第一光路及所述第二光路，所述第四光路平行于所述第二光路，所述第五光路平行于所述第一光路。通过上述设计，进入所述第一光路元件的光束在部分传播路径上能够沿所述第一方向和所述第二方向传播，从而能够使所述入射光路在空间上得到有效弯折，以此有效减小模组于轴向上的尺寸。

在其中一个实施例中，所述光路调节元件包括第一光路元件和第二光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面、第一出射面和至少一个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，所述第一出射面朝向所述第二光路元件，所述第二光路元件包括至少一个所述有效反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一光路元件的各所述有效反射面及所述第一出射面，随后经过所述第二光路元件的所述有效反射面，并最终到达所述光学系统的成像面。除了设置所述第一光路元件外，通过额外设置所述第二光路元件将能够对来自所述第一光路元件的光束进行反射，从而可增大模组对所述入射光路的调节灵活性，有利于减小模组的轴向尺寸。

在其中一个实施例中，所述第一光路元件为三棱镜或五棱镜，所述第二光路元件为三棱镜。三棱镜和五棱镜结构便于制备及安装。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

BFL/SDM＞2；

其中，BFL为所述镜头元件中最靠近像端的透镜的像侧面中心至所述光学系统的成像面于所述入射光路上的距离，SDM为所述有效反射面的口径中的最大值。满足上述关系时，能够有效减小所述光学系统的轴向尺寸。

一种摄像模组，包括图像传感器及上述任意一项所述的光学系统，所述图像传感器用于接收来自所述光路调节元件的光束。通过采用上述光学系统，所述摄像模组同样将拥有长焦、高画面亮度及小尺寸特性。

一种电子设备，包括固定件及上述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述固定件。由于上述摄像模组拥有长焦、高画面亮度及小尺寸特性，因此通过采用上述摄像模组，所述电子设备将能够兼顾远摄性能，且同时拥有亮度充足的拍摄画面及小尺寸(如超薄)的特点。

附图说明

图1为本申请第一实施例中设有光学系统的摄像模组的轴测图；

图2为图1所示摄像模组的侧视图；

图3包括第一实施例中摄像模组的纵向球差图、像散图和畸变图；

图4为本申请第二实施例中设有光学系统的摄像模组的结构示意图；

图5包括第二实施例中摄像模组的纵向球差图、像散图和畸变图；

图6为本申请第三实施例中设有光学系统的摄像模组的轴测图；

图7为图6所示摄像模组中的部分结构的示意图；

图8包括第三实施例中摄像模组的纵向球差图、像散图和畸变图；

图9为本申请第四实施例中设有光学系统的摄像模组的示意图；

图10包括第四实施例中摄像模组的纵向球差图、像散图和畸变图；

图11为本申请第五实施例中设有光学系统的摄像模组的示意图；

图12包括第五实施例中摄像模组的纵向球差图、像散图和畸变图；

图13为本申请一实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

对于具有长焦特性的镜头而言，此类镜头的后焦距较大，从而导致模组需要沿镜头的轴向留出较大的空间以匹配镜头的长焦距，使来自镜头的光束能够会聚至图像传感器，但这种结构往往会导致模组的轴向尺寸过大，不利于在设备中的装配，且会制约设备的厚度缩小。另外，此类长焦镜头所拍摄的画面常常会存在亮度不足的问题。因此，如何解决使模组在拥有长焦特性的前提下，依然能够获得亮度充足的成像画面，且不会因模组尺寸过大而制约设备的小型化设计的问题，已然成为行业内人士的重要关注点之一。

参阅图1和图2，图1和图2示出了本发明一实施例中的摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10和图像传感器130。光学系统10沿入射光路101依次包括镜头元件110和光路调节元件120。镜头元件110包括光阑112及至少一个透镜(参考图2)，例如包括一个、两个、三个、四个、五个或更多个透镜，透镜的光轴与光阑112的中心处于同一直线，且当存在两个以上的透镜时，各透镜的光轴共线设置，各透镜的光轴即可作为镜头元件110的光轴113，镜头元件110能够为系统提供正屈折力以使入射光线汇聚。

光路调节元件120包括入射面和至少一个有效反射面1203，入射面朝向镜头元件110的像端1101。入射面为平面，镜头元件110的光轴113垂直于入射面。光路调节元件120中的有效反射面1203的数量可以是一个、两个、三个、或更多个，有效反射面1203为平面，当有效反射面1203的数量为多个时，入射光路101将依次经过各有效反射面1203。来自镜头元件110的光束能够穿过入射面以进入光路调节元件120，并在有效反射面1203处发生反射以改变传播光路，即有效反射面1203的存在能够改变系统的入射光路101的走向，防止由镜头元件110出射的光束沿同一方向传播，而导致光学系统10于轴向(平行于镜头元件110的光轴113)上的尺寸过大。具体地，光路调节元件120可以包括三棱镜、四棱镜、五棱镜等多面棱镜中的至少一种，棱镜的其中一个面作为光路调节元件120的入射面1201，另外至少一个面作为有效反射面1203。

图像传感器130可以为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)。图像传感器130包括感光表面131，感光表面131用于接收来自光路调节元件120的光束，且感光表面131与光学系统10的成像面重合。具体地，系统的入射光路101依次经过镜头元件110、光路调节元件120的入射面1201、光路调节元件120的有效反射面1203后，到达图像传感器130的感光表面131。需要注意的是，本申请所描述的入射光路101代表沿镜头元件110的光轴113入射镜头元件110的光束的传播光路(可参考图2中的虚线)。

另一方面，光学系统10满足关系：SDL/SDF＜1.5；其中SDL为镜头元件110中最后一个透镜(最靠近像端1101)的像侧面的口径(有效通光口径)大小，SDF为光路调节元件120的入射面1201的口径(有效通光口径)大小。须注意的是，当入射面为矩形平面时，SDF便为矩形平面的最大的边长；当入射面为圆形时，SDF便为该圆形平面的直径。在一些实施例中，SDL/SDF可以为0.86、0.88、0.9、0.92、0.95、1、1.05、1.1、1.12或1.13。

在上述光学系统10中，通过在镜头元件110的出射光路上设置光路调节元件120，使来自镜头元件110的光束能够在光路调节元件120中被反射以改变传播光路，从而起到减小模组于轴向(平行于镜头元件110的光轴113)上的尺寸，进而能够减小模组于设备的厚度方向上的占据空间，以使设备能够实现超薄化设计。需注意的是，上述结构并未减小模组的后焦长度，而是将由镜头元件110出射的光束的传播光路进行弯折，因此能够使光学系统10保持长焦特性。再者，当光学系统10满足上述关系式条件时，入射面的口径能够与镜头元件110中的最后一个透镜的像侧面口径形成良好配置，从而能够有效增大光路调节元件120对来自镜头元件110的光束的收集，增加成像画面的亮度，进而提高模组的成像质量。

在一些实施例中，光学系统10还满足关系：BFL/SDM＞2；其中BFL为镜头元件110中最靠近像端1101的透镜的像侧面中心至感光表面131于入射光路101上的距离，SDM为所有有效反射面1203的口径(有效通光口径)中的最大值。在一些实施例中，BFL/SDM可以为2.5、2.6、2.7、2.8、3、3.5、3.6、3.7或3.8。满足上述关系时，能够有效减小光学系统10的轴向尺寸。

在一些实施例中，光学系统10中各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，非球面设计能够使透镜的物侧面及/或像侧面拥有更灵活的设计，使透镜在较小、较薄的情况下便能良好地解决成像不清，视界歪曲、视野狭小等不良现象，这样无需设置过多的透镜便能使系统拥有良好的成像品质，且有助于缩短光学系统10的长度。在一些实施例中，光学系统10中各透镜的物侧面和像侧面均为球面，球面透镜的制作工艺简单，生产成本较低。在另一些实施例中，光学系统10中部分透镜的物侧面为非球面，其他透镜的物侧面为球面，而部分透镜的像侧面为非球面，其他透镜的像侧面为非球面。一些实施例中具体的球面及非球面的配置根据实际设计需求而定，此处不加以赘述。通过球面与非球面的配合也可有效消除系统的像差，使光学系统10具有良好的成像品质，且同时提高透镜设计及组装的灵活性，使系统在高像质与低成本之间取得平衡。

在一些实施例中，光学系统10中各透镜的材质均为塑料。在另一些实施例中，光学系统10中各透镜的材质均为玻璃。塑料材质的透镜能够减少光学系统10的重量并降低制备成本，而玻璃材质的透镜能够耐受较高的温度且具有优良的光学效果。在另一些实施例中，部分透镜的材质为玻璃，而另一部分透镜的材质均为塑料，此时，不同材质的配合能够较好地平衡系统的光学性能与成本。

以上，通过采用上述光学系统10，摄像模组20同样能够得到相应的效果。

第一实施例

继续参考图1和图2，在第一实施例中，摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10、红外滤光片140(以下表格中的滤光片)及图像传感器130。其中，光学系统10沿入射光路101依次包括镜头元件110及光路调节元件120。另外，图3包括第一实施例中摄像模组20的纵向球差图、像散图和畸变图，且以下各实施例的像散图和畸变图的参考波长均为555nm。

镜头元件110包括一个光阑112及三个透镜，光阑112设置在最靠近物侧的透镜的物侧面上，三个透镜的光轴与光阑112的中心处于同一直线。三个透镜分别为第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3。第一透镜L1具有正屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第三透镜L3具有正屈折力。

第一透镜L1包括物侧面和像侧面，第二透镜L2包括物侧面和像侧面，第三透镜L3包括物侧面和像侧面。

该实施例中的光路调节元件120包括第一光路元件121，第一光路元件121为五棱镜。第一光路元件121包括第一入射面1211、第一出射面1212及两个有效反射面1203，第一入射面1211即为光路调节元件120的入射面1201，两个有效反射面1203分别为第一反射面1213和第二反射面1214，第一入射面1211朝向镜头元件110，且垂直于镜头元件110的光轴113。具体地，第一入射面1211的一端连接第一出射面1212，相背的另一端连接第二反射面1214；第一出射面1212于远离第一入射面1211的一端连接第一反射面1213。同时，第一入射面1211垂直于第一出射面1212，第一入射面1211与第二反射面1214呈112.5°夹角，第一出射面1212与第一反射面1213呈112.5°夹角。系统的入射光路101依次经过第一入射面1211、第一反射面1213、第二反射面1214及第一出射面1212，并最终到达图像传感器130。在上述设计中，入射光路101在经过第一入射面1211时与该第一入射面1211垂直，在经过第一出射面1212时与该第一出射面1212垂直。光路调节元件120能够对来自镜头元件110的光束进行两次反射，从而能够对入射光路101进行良好地调节以减小模组于轴向上的尺寸。红外滤光片140用于滤除红外光。

摄像模组20的部分元件参数由表1和表2给出。表2为表1中相应序号的透镜表面的非球面系数，其中K为圆锥系数，Ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。沿入射光路101的路径上，摄像模组20的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列，像面为图像传感器130的感光表面131，一般地，该感光表面131即为光学系统10的成像面。序号1和2分别对应第一透镜L1的物侧面和像侧面，即同一透镜中，序号较小的表面为物侧面，序号较大的表面为像侧面。表1中的Y半径为相应序号的物侧面或像侧面于光轴113处的曲率半径。透镜于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜于光轴113上的厚度，第二个数值为该透镜的像侧面至后一元件的物侧面于光轴113上的距离。需要注意的是，在该实施例中，第一光路元件121于“厚度”参数列中的第一个数值(对应序号7)为第一入射面1211至第一反射面1213于入射光路101上的距离，第二个数值(对应序号8)为第一反射面1213至第二反射面1214于入射光路101上的距离，第三个数值为第二反射面1214至第一出射面1212于入射光路101上的距离，第四个数值为第一出射面1212至红外滤光片140于入射光路101上的距离。另外，序号7对应的X半孔径参数(mm)为第一入射面1211的于X方向的边长的一半，Y半孔径参数(mm)为第一入射面1211于Y方向的边长的一半。而序号8、9、10分别对应第一反射面1213、第二反射面1214及第一出射面1212，其各自的X半孔径和Y半孔径的解释可由上述描述得出，此处不加以赘述。

光阑112于“厚度”参数列中的数值为光阑112至后一透镜的物侧面顶点(顶点指透镜与光轴113的交点)于光轴113上的距离，我们默认由物侧至像侧的方向为光轴113的正方向，当该值为负时，表明光阑112设置于透镜的物侧面顶点的右侧(即该物侧面的顶点穿过光阑112)，当光阑112的“厚度”参数为正值时，光阑112在透镜的物侧面顶点的左侧。本申请实施例中的各透镜的光轴处于同一直线上，该直线作为镜头元件110的光轴113。以下各实施例中的参数表格的参考波长为555nm。

见表1，在第一实施例中，镜头元件110的焦距f为25.3mm，光圈数FNO为4.9，对角线视角的一半HFOV为5.4°。

表1

表2

非球面的面型计算可参考非球面公式：

其中，Z为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，r为非球面上相应点到光轴113的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，Ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。

另外，在该实施例中，入射光束在相应序号的表面所发生的折射或反射情况由下表给出：

在第一实施例中，光学系统10满足关系：SDL/SDF＝1.003；其中SDL为第三透镜L3的像侧面口径大小，SDF为入射面的口径大小。在该实施例中，第一入射面1211为矩形平面，因此SDF为该矩形平面的最大的边长，即5mm。在该实施例中，第三透镜L3为最靠近像端1101的透镜，因此SDL为第三透镜L3的像侧面的有效口径大小。满足上述条件时，能够有效增大光路调节元件120对来自镜头元件110的光束的收集，从而增加成像画面的亮度，进而提高模组的成像质量。

另外，光学系统10还满足关系：BFL/SDM＝4.93；其中BFL为镜头元件110中最靠近像端1101的透镜的像侧面中心至感光表面131于入射光路101上的距离，SDM为所有有效反射面1203的口径中的最大值。在该实施例中，光路调节元件120的第一反射面1213和第二反射面1214均为矩形平面，通过比较两者的X半口径和Y半口径可知，SDM为5.412mm。满足上述关系时，能够有效减小光学系统10的轴向尺寸，进而也有利于摄像模组20的小尺寸设计。

第二实施例

参考图4，在第二实施例中，摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10、红外滤光片140及图像传感器130。其中，镜头元件110的组成结构与第一实施例中的相同，且光路调节元件120中的第一光路元件121也与第一实施例中的相同。主要不同在于，光路调节元件120还包括第二光路元件122，第二光路元件122为直角三棱镜。第二光路元件122的一个直角面为第二入射面1221，另一个直角面为第二出射面1222，而斜面作为光路调节元件120的第三反射面1215，即光路调节元件120中的一个有效反射面1203。第二入射面1221正对第一出射面1212，第二出射面1222正对红外滤光片140。从第一光路元件121的第一反射面1213出射的光束能够从第二入射面1221进入第二光路元件122，且在斜面处发生内反射，经反射后从第二出射面1222出射至红外滤光片140，并最终到达图像传感器130。另外，图5包括第二实施例中摄像模组20的纵向球差图、像散图和畸变图。

另外，第二实施例中的各透镜参数由表3和表4给出，其中各结构和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。下表中的五棱镜为第一光路元件121，三棱镜为第二光路元件122。但需要注意的是，表3中的序号11对应第二光路元件122的第二入射面1221，序号12对应第三反射面1215，序号13对应第二出射面1222。上述第二入射面1221、第三反射面1215、第二出射面1222均为矩形平面，且其中的X半口径(mm)及Y半口径(mm)的定义可参考以上实施例的描述。

表3

表4

另外，在该实施例中，入射光束在相应序号的表面所发生的折射或反射情况由下表给出：

该实施例中的光学系统10满足以下关系：

SDL/SDF

1.003

BFL/SDM

4.02

在该实施例中，SDL为第三透镜L3的像侧面的有效口径大小。SDM为第一反射面1213、第二反射面1214及第三反射面1215中的最大边长大小，参考表3，序号12对应的第三反射面1215于Y方向的边长即为三个表面中最大的边长，此时SDM为7.071mm。

第三实施例

继续参考图6和图7，在第三实施例中，摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10、红外滤光片140(以下表格中的滤光片，图中未示出)及图像传感器130。其中，光学系统10沿入射光路101依次包括镜头元件110及光路调节元件120。另外，图8包括第三实施例中摄像模组20的纵向球差图、像散图和畸变图。

该实施例中的镜头元件110由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜、具有正屈折力的第二透镜、具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜及具有正屈折力的第五透镜。第一透镜包括物侧面和像侧面，第二透镜包括物侧面和像侧面，第三透镜包括物侧面和像侧面，第四透镜包括物侧面和像侧面，第五透镜包括物侧面及像侧面。

特别地，光路调节元件120包括第一光路元件121，第一光路元件121包括第一入射面1211，第一出射面1212及四个有效反射面1203，第一入射面1211即为光路调节元件120的入射面1201，四个有效反射面1203分别为第一反射面1213、第二反射面1214、第三反射面1215及第四反射面1216，入射光路101依次经过第一入射面1211、第一反射面1213、第二反射面1214、第三反射面1215、第四反射面1216及第一出射面1212。通过设置四个有效反射面1203，来自镜头元件110的光线能够在第一光路元件121中受到相应次数的反射，以使入射光路101在第一光路元件121中得到有效弯折，从而进一步减小模组于轴向上的尺寸。

入射光路101与第一入射面1211交于a点，与第一反射面1213交于b点，与第二反射面1214交于c点，与第三反射面1215交于d点，与第四反射面1216交于e点，与第一出射面1212交于f点。在第一入射面1211与第一反射面1213之间的入射光路101为第一光路ab，在第一反射面1213与第二反射面1214之间的入射光路101为第二光路bc，在第二反射面1214与第三反射面1215之间的入射光路101为第三光路cd，在第三反射面1215与第四反射面1216之间的入射光路101为第四光路de，在第四反射面1216与第一出射面1212之间的入射光路101为第五光路ef；光学系统10包括第一方向和第二方向，第一方向垂直于第二方向，且两者均垂直于镜头元件110的光轴113；

第一光路ab与镜头元件110的光轴113共线，第二光路bc垂直于第一光路ab，第三光路cd垂直于第一光路ab及第二光路bc，第四光路de平行于第二光路bc，第五光路ef平行于第一光路ab。光束在进入第一光路元件121后，将沿平行于镜头元件110的光轴113方向到达第一反射面1213。随后被第一反射面1213沿第二方向反射至第二反射面1214，随后被第二反射面1214沿第一方向的反方向反射至第三反射面1215，随后被第三反射面1215沿第二方向的反方向反射至第四反射面1216，并最终被第四反射面1216沿平行镜头元件110的光轴113方向反射至第一出射面1212。

第一反射面1213与第一入射面1211呈45°夹角，第二反射面1214和第三反射面1215垂直于第一入射面1211，且第二反射面1214垂直于第三反射面1215，第四反射面1216分别与第一入射面1211和第一出射面1212呈45°夹角，第一入射面1211平行于第一出射面1212。

通过上述设计，进入第一光路元件121的光束在部分传播路径上能够沿第一方向和第二方向传播，从而能够使入射光路101在空间上得到有效弯折，以此有效减小模组于轴向上的尺寸。在一些实施例中，该第一光路元件121为一体式结构，此时的第一光路元件121为异形棱镜(见下表)。在另一些实施例中，第一光路元件121由四个直角三棱镜拼接复合组成，具体地，棱镜的直角面与另一个棱镜的直角面之间进行粘接，以使各直角三棱镜复合形成第一光路元件121。

且需要注意的是，一些实施例中的第一光路元件121也具有四个有效反射面1203，但具体有效反射面1203的设置方式及反射路径并不限于图6和图7所展现的情况，对于具有四个有效反射面1203的结构而言，任何能够对入射光路101进行弯折以缩短轴向长度的设置方式均应属于本申请的记载范围之内。

另外，第三实施例中的各透镜参数由表5和表6给出，其中各结构和参数的定义可由第一实施例推出，此处不加以赘述。但需要注意的是，表5中的序号11对应第一光路元件121的第一入射面1211，序号12对应第一反射面1213，序号13对应第二反射面1214，序号14对应第三反射面1215，序号15对应第四反射面1216，序号16对应第一出射面1212。上述第一入射面1211、第一反射面1213、第二反射面1214、第三反射面1215、第四反射面1216及第一出射面1212均为矩形平面，且其中的X半口径(mm)及Y半口径(mm)的定义可参考以上实施例的描述。

表5

表6

另外，在该实施例中，入射光束在相应序号的表面所发生的折射或反射情况由下表给出：

该实施例中的光学系统10满足以下关系：

SDL/SDF

1.138

BFL/SDM

4.47

在该实施例中，SDM为第一反射面1213、第二反射面1214、第三反射面1215及第四反射面1216中的最大边长大小，参考表5，9.9mm为上述四个有效反射面1203中的最大边长大小，因此该实施例中的SDM为9.9mm。第一入射面1211的四条边长均为7mm，因此该实施例中的SDF为7mm。

第四实施例

参考图9，在第四实施例中，摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10、红外滤光片140(以下表格中的滤光片)及图像传感器130。其中，光学系统10沿入射光路101依次包括镜头元件110及光路调节元件120。另外，图10包括第四实施例中摄像模组20的纵向球差图、像散图和畸变图。

该实施例中的镜头元件110由物侧至像侧依次包括光阑112、具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有负屈折力的第三透镜L3及具有正屈折力的第四透镜L4。第一透镜L1包括物侧面和像侧面，第二透镜L2包括物侧面和像侧面，第三透镜L3包括物侧面和像侧面，第四透镜L4包括物侧面和像侧面。

另外，该实施例中的第一光路元件121为直角三棱镜(即下表中的三棱镜)，第一入射面1211和第一出射面1212均属于该直角三棱镜的斜面的一部分，即第一入射面1211与第一出射面1212共面设置。通过使第一入射面1211与第一出射面1212共面设置，进入第一光路元件121的光束最终能够以相反的方向从第一光路元件121出射，从而能够进一步减小光学系统10于轴向上的尺寸，以有效实现模组的小型化设计。直角三棱镜的两个直角面分别对应一个有效反射面1203，即第一反射面1213和第二反射面1214。

另外，第四实施例中的各透镜参数由表7和表8给出，其中各结构和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。但需要注意的是，表7中的序号9对应第一光路元件121的第一入射面1211，序号10对应第一反射面1213，序号11对应第二反射面1214，序号12对应第一出射面1212。上述第一入射面1211、第一反射面1213、第二反射面1214及第一出射面1212均为矩形平面，且其中的X半口径(mm)及Y半口径(mm)的定义可参考以上实施例的描述。对于共面设计的第一入射面1211和第一出射面1212，两者的孔径为虚拟孔径，孔径的结构并未直接体现。

表7

表8

另外，在该实施例中，入射光束在相应序号的表面所发生的折射或反射情况由下表给出：

该实施例中的光学系统10满足以下关系：

SDL/SDF

0.855

BFL/SDM

2.95

在该实施例中，SDL为第四透镜L4的像侧面的最大有效口径大小。SDM为第一反射面1213、第二反射面1214中的最大边长大小，参考表7，8.485为上述两个有效反射面1203中的最大边长大小，因此该实施例中的SDM为8.485mm。在该实施例中，第一光路元件120为直角三棱镜，第一光路元件120的斜面为6mm*12mm的长方形表面，该斜面的一半区域作为第一入射面1211，另一半区域作为第一出射面1212，此时第一入射面1211的X方向半口径及Y方向半口径均为3mm，第一出射面1212的X方向半口径及Y方向半口径均为3mm，因此该实施例中的SDF为6mm。

第五实施例

参考图11，在第五实施例中，摄像模组20沿入射光路101依次包括光学系统10、红外滤光片140(以下表格中的滤光片)及图像传感器130。其中，光学系统10沿入射光路101依次包括镜头元件110及光路调节元件120。另外，图12包括第五实施例中摄像模组20的纵向球差图、像散图和畸变图。

光路调节元件120包括第一光路元件121和第二光路元件122，第一光路元件121和第二光路元件122均为直角三棱镜，下表的上面一个三棱镜为第一光路元件121，下面一个三棱镜为第二光路元件122。第一光路元件121的一个直角面为第一入射面1211，另一个直角面为第一出射面1212，而斜面作为光路调节元件120的第一反射面1213。第二光路元件122的一个直角面为第二入射面1221，另一个直角面为第二出射面1222，而斜面作为光路调节元件120的第二反射面1214。第二入射面1221正对第一出射面1212，第二出射面1222正对红外滤光片140。从第一光路元件121的第一反射面1213出射的光束能够从第二入射面1221进入第二光路元件122，且在第二反射面1214处发生内反射，经反射后从第二出射面1222出射至红外滤光片140，并最终到达图像传感器130。

第五实施例中的各透镜参数由表9和表10给出，其中各结构和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。但需要注意的是，序号9对应第一光路元件121的第一入射面1211，序号10对应第一反射面1213，序号11对应第一出射面1212，序号12对应第二入射面1221，序号13对应第二反射面1214，序号14对应第二出射面1222。上述第一入射面1211、第一反射面1213、第一出射面1212、第二入射面1221、第二反射面1214、第二出射面1222均为矩形平面，且其中各表面的X半口径及Y半口径的定义可参考以上实施例的描述。

表9

表10

另外，在该实施例中，入射光束在相应序号的表面所发生的折射或反射情况由下表给出：

该实施例中的光学系统10满足以下关系：

SDL/SDF

0.954

BFL/SDM

3.26

在该实施例中，SDL为第四透镜L4的像侧面的有效口径大小。SDM为第一反射面1213、第二反射面1214中的最大边长大小，参考表9，序号10和13对应的有效反射面1203的Y方向口径为各有效反射面1203边长中的最大值，因此该实施例中的SDM为7.778mm。第一入射面1211的X方向半口径及Y方向半口径均为2.75mm，因此该实施例中的SDF为5.5mm。

以上，在各实施例所对应的结构图中，元件之间的位置距离、尺寸等并非严格按照比例绘制，具体数据以表格中的参数为准。

另外，上述各实施例中的第一光路元件121除了可以为五棱镜和直角三棱镜外，在一些实施例中还可以为四棱镜、六棱镜等多面棱镜。同样地，第二光路元件122除了可以为直角三棱镜外，在一些实施例中也可以为四棱镜、五棱镜、六棱镜等多面棱镜。当第一光路元件121和/或第二光路元件122呈棱镜结构时，棱镜结构的至少一个侧面作为有效反射面1203，入射光束在相应有效反射面1203处发生内反射。在一些实施例中，第二光路元件122也可以呈平板状结构，平板状结构一侧的表面作为有效反射面1203，入射光束在该有效反射面1203处发生外反射。以上，对于各实施例中的有效反射面1203的设置，可通过在棱镜或其他可作为第一光路元件121和第二光路元件122的结构的至少一侧的表面设置反射镀层，使相应表面能够起到反射入射光束的效果，从而形成有效反射面1203。

在一些实施例中，第一入射面1211、第一出射面1212、各有效反射面1203、第二入射面1221及第二出射面1222除了可以为矩形平面外，还可以为圆形平面。且各表面的口径，可通过在相应表面上设置遮光涂层而仅保留所需的通光区域，该通光区域的口径即为该表面的有效通光口径。

在一些实施例中，镜头元件110中的各透镜的距离相对固定，此时，摄像模组20为定焦模组。在另一些实施例中，可通过设置音圈马达等驱动机构以使镜头元件110中的透镜之间能够相对移动，从而实现变焦效果。具体地，在装配上述各透镜的镜筒上设置有与驱动芯片电性连接的线圈，同时在在镜头元件110附近设置有磁石，通过通电后的线圈与磁石之间的磁力作用以驱动透镜之间相对运动，从而实现光学变焦效果。

参考图13，本申请的一些实施例还提供了一种电子设备30，摄像模组20应用于电子设备30以使电子设备30具备摄像功能。具体地，电子设备30包括固定件310，摄像模组20安装于固定件310，固定件310可以是电路板、中框等部件。电子设备30可以为但不限于智能手机、智能手表、电子书阅读器、车载摄像设备(如行车记录仪)、监控设备、医疗设备(如内窥镜)、平板电脑、生物识别设备(如指纹识别设备或瞳孔识别设备等)、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)、无人机等。具体地，在一个实施例中，电子设备30为智能手机，智能手机包括中框和电路板，电路板设置于中框，摄像模组20安装于智能手机的中框，且其中的图像传感器与电路板电性连接。摄像模组20可作为智能手机的前置摄像模组或者后置摄像模组。本申请以上实施例中的摄像模组20拥有长焦、高画面亮度及小尺寸特性，因此通过采用上述摄像模组20，电子设备30将能够兼顾远摄性能，且同时拥有亮度充足的拍摄画面及小型化(如超薄化)的特点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光学系统，其特征在于，沿入射光路依次包括：

镜头元件，包括至少一个透镜，所述镜头元件具有正屈折力；及

光路调节元件，包括入射面和至少一个有效反射面，所述入射面朝向所述镜头元件的像端，来自所述镜头元件的光束能够穿过所述入射面以进入所述光路调节元件，并在所述有效反射面处发生反射；

且所述光学系统满足以下关系：

SDL/SDF＜1.5；

其中，SDL为所述镜头元件中最靠近像端的透镜的像侧面口径大小，SDF为所述入射面的口径大小。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光路调节元件包括第一光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面、第一出射面及两个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，两个所述有效反射面分别为第一反射面和第二反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一反射面、所述第二反射面及所述第一出射面。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一入射面的一端连接所述第一出射面，相背的另一端连接所述第二反射面；所述第一出射面于远离所述第一入射面的一端连接所述第一反射面；所述第一入射面垂直于所述第一出射面，所述第一入射面与所述第二反射面呈112.5°夹角，所述第一出射面与所述第一反射面呈112.5°夹角。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一入射面与所述第一出射面共面设置。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光路调节元件包括第一光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面，第一出射面及四个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，四个所述有效反射面分别为第一反射面、第二反射面、第三反射面及第四反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一反射面、所述第二反射面、所述第三反射面、所述第四反射面及所述第一出射面。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，在所述第一入射面与所述第一反射面之间的所述入射光路为第一光路，在所述第一反射面与所述第二反射面之间的所述入射光路为第二光路，在所述第二反射面与所述第三反射面之间的所述入射光路为第三光路，在所述第三反射面与所述第四反射面之间的所述入射光路为第四光路，在所述第四反射面与所述第一出射面之间的所述入射光路为第五光路；所述光学系统包括第一方向和第二方向，所述第一方向垂直于所述第二方向，且所述第一方向和所述第二方向均垂直于所述镜头元件的光轴；

所述第一光路与所述镜头元件的光轴共线，所述第二光路垂直于所述第一光路，所述第三光路分别垂直于所述第一光路及所述第二光路，所述第四光路平行于所述第二光路，所述第五光路平行于所述第一光路。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光路调节元件包括第一光路元件和第二光路元件，所述第一光路元件包括第一入射面、第一出射面和至少一个所述有效反射面，所述第一入射面即为所述光路调节元件的所述入射面，所述第一出射面朝向所述第二光路元件，所述第二光路元件包括至少一个所述有效反射面，所述入射光路依次经过所述第一入射面、所述第一光路元件的各所述有效反射面及所述第一出射面，随后经过所述第二光路元件的所述有效反射面，并最终到达所述光学系统的成像面。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述第一光路元件为三棱镜或五棱镜，所述第二光路元件为三棱镜。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

BFL/SDM＞2；

其中，BFL为所述镜头元件中最靠近像端的透镜的像侧面中心至所述光学系统的成像面于所述入射光路上的距离，SDM为所述有效反射面的口径中的最大值。

10.一种摄像模组，其特征在于，包括图像传感器及权利要求1-9任意一项所述的光学系统，所述图像传感器用于接收来自所述光路调节元件的光束。

11.一种电子设备，其特征在于，包括固定件及权利要求10所述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述固定件。

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