CN112379508A - 光学系统、取像模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学系统、取像模组及电子设备。光学系统从物侧至像侧依次包含:具有正屈折力的第一透镜;具有屈折力的第二透镜;具有负屈折力的第三透镜;具有正屈折力的第四透镜,所述第三透镜与所述第四透镜胶合;具有正屈折力的第五透镜;且所述光学系统满足以下条件式:FNO≤1.9;其中,FNO为所述光学系统的光圈数。上述光学系统,满足上述条件式时,可以实现所述光学系统的大光圈特性,以提升所述光学系统的光通量。
Description
技术领域
本发明涉及摄像领域,特别是涉及一种光学系统、取像模组及电子设备。
背景技术
红外探测镜头广泛应用于军工装备、安防监控、三维空间测量等。光通量是红外探测镜头一个重要的性能指标,要求红外探测镜头在光线微弱的环境中,仍能大程度地收集到由物体反射回来的红外光线,以充分获取目标物体的信息。然而,为能够在光线微弱的环境下达到清晰的成像效果,传统的红外探测镜头的光通量有待提升。
发明内容
基于此,有必要提供一种光学系统、取像模组及电子设备,以提升光学系统的光通量。
一种光学系统,从物侧至像侧依次包含:
具有正屈折力的第一透镜;
具有屈折力的第二透镜;
具有负屈折力的第三透镜;
具有正屈折力的第四透镜,所述第三透镜与所述第四透镜胶合;
具有正屈折力的第五透镜;
且所述光学系统满足以下条件式:
FNO≤1.9;
其中,FNO为所述光学系统的光圈数。
上述光学系统,各透镜之间的屈折力得到合理的搭配,有助于扩大光学系统的光圈,使得光学系统更容易实现大光圈的特性。第三透镜与第四透镜胶合,有利于消除光圈扩大所产生的像差,使光学系统在具备大光圈特性的同时也能够保证良好的成像质量。所述第一透镜具有正屈折力,有助于缩短所述光学系统的系统总长,实现小型化设计,而所述第三透镜与所述第四透镜胶合,有利于减少所述光学系统的色差及球差。满足上述条件式时,可以实现所述光学系统的大光圈特性,以提升所述光学系统的光通量,进而使所述光学系统在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
40≤f34/(CT3-CT4)≤530;
其中,f34为所述第三透镜及所述第四透镜的组合焦距,CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度,即所述第三透镜的中心厚度,CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。满足上述条件式时,所述第三透镜的中心厚度、所述第四透镜的中心厚度以及所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距能够得到合理配置,有利于合理配置所述第三透镜的负屈折力以及所述第四透镜的正屈折力,从而使所述第三透镜及所述第四透镜之间能够相互校正像差,进而有利于降低所述光学系统的像差。低于上述条件式的下限时,所述第三透镜与所述第四透镜的中心厚度差异过大,不利于所述第三透镜及所述第四透镜的胶合工艺,同时在温度变化大的环境下,所述第三透镜及所述第四透镜因中心厚度差异而产生的冷热变形量差异大,容易产生胶裂或脱胶等现象。超过上述条件式的上限时,所述第三透镜及所述第四透镜的组合焦距过大,所述第三透镜及所述第四透镜组成的透镜组容易产生严重的像散现象,不利于所述光学系统成像质量的提升。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
2≤CT1/ET1≤5;
其中,CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度,ET1为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径处至像侧面的最大有效口径处于平行光轴方向上的距离,即所述第一透镜于最大有效口径处的厚度,又即所述第一透镜的边缘厚度。满足上述条件式时,所述第一透镜的中心及边缘处的厚薄比例能够得到合理配置,有利于所述第一透镜的加工成型,提升了所述光学系统的组装稳定性,同时也能够减少所述第一透镜产生的像差,有利于提升所述光学系统的成像质量。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
1≤f12/f≤2;
其中,f12为所述第一透镜及所述第二透镜的组合焦距,f为所述光学系统的有效焦距。满足上述条件式时,所述第一透镜及所述第二透镜组成的前透镜组在所述光学系统中的屈折力占比能够得到合理配置,有利于校正所述光学系统的像差,提升所述光学系统的光学性能。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
2≤f/ImgH≤3;
其中,f为所述光学系统的总有效焦距,ImgH为所述光学系统有效成像圆的半径,即所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。满足上述条件式时,有利于所述光学系统具有大成像面,同时实现所述光学系统的长焦特性,使所述光学系统具有高分辨率特征。低于上述关系式的下限时,不利于实现所述光学系统的长焦特性。超过上述关系式的下限时,所述光学系统的成像面过小,不利于实现所述光学系统的高分辨率特征。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
6≤f5/CT5≤10;
其中,f5为所述第五透镜的有效焦距,CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。满足上述条件式时,所述第五透镜对入射光线的会聚能力能够得到合理调节,有利于校正所述光学系统的边缘像差,降低边缘视场的主光线角度,进而提升所述光学系统感光元件的感光性能,提升所述光学系统的解像能力。超过上述关系式的上限,所述第五透镜的屈折力不足,不利于降低所述光学系统边缘光线束的主光线角度。低于上述关系式的下限,所述第五透镜的屈折力过强,容易造成所述光学系统边缘像差过校正现象而产生严重的场曲,从而影响所述光学系统的解像能力。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
0.2mm≤d1≤2.3mm;
其中,d1为所述第一透镜的像侧面至所述第二透镜的物侧面于光轴上的距离,即所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的空气间隔。满足上述条件式时,有利于实现所述光学系统的小型化,同时减少所述光学系统杂散光的产生,也能够降低所述第一透镜及所述第二透镜的组装敏感度,进而降低所述光学系统的装配难度。超过上述关系式的上限时,不利于实现所述光学系统的小型化,同时,所述第一透镜及所述第二透镜于光轴上的空气间隔过大,容易产生杂散光。低于上述关系式的下限,所述第一透镜及所述第二透镜于光轴上的空气间隔过小,导致所述第一透镜及所述第二透镜的组装敏感度增加,从而提升所述光学系统的装配难度。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
0.5≤EPL/TTL≤0.8;
其中,所述光学系统还包括光阑,EPL为所述光阑至所述光学系统的成像面于平行于光轴方向上的距离,TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离,即所述光学系统的光学总长。满足上述条件式时,有利于实现所述光学系统的远心特性,同时有利于所述光学系统的小型化。其中,当光线以大致垂直入射的方式射到所述光学系统的感光元件上,能够使所述光学系统具有远心特性,远心特性对于固态电子感光元件的感光能力极为重要,能够使电子感光元件的感光敏感度提高,减少所述光学系统产生暗角的可能性。超过上述关系式的上限,所述光学系统的光瞳远离所述光学系统的成像面,不利于缩短光学系统的系统总长。低于上述关系式的下限,不利于实现所述光学系统的远心特性。
在其中一个实施例中,所述光学系统满足以下条件式:
FOV≤52度;
其中,FOV为所述光学系统的最大视场角。满足上述条件式时,有利于实现所述光学系统的长焦特性,使所述光学系统能够清晰拍摄远距离的景物。
一种取像模组,包括感光元件以及上述任一实施例所述的光学系统,所述感光元件设置于所述光学系统的像侧。在所述取像模组中采用上述光学系统,可以实现所述取像模组的大光圈特性,以提升所述取像模组的光通量,进而使所述取像模组在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
一种电子设备,包括壳体以及上述的取像模组,所述取像模组设置于所述壳体。在所述电子设备中采用上述取像模组,使所述电子设备在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
附图说明
图1为本申请第一实施例中的光学系统的示意图;
图2为本申请第一实施例中的光学系统的球差图、像散图及畸变图;
图3为本申请第二实施例中的光学系统的示意图;
图4为本申请第二实施例中的光学系统的球差图、像散图及畸变图;
图5为本申请第三实施例中的光学系统的示意图;
图6为本申请第三实施例中的光学系统的球差图、像散图及畸变图;
图7为本申请第四实施例中的光学系统的示意图;
图8为本申请第四实施例中的光学系统的球差图、像散图及畸变图;
图9为本申请第五实施例中的光学系统的示意图;
图10为本申请第五实施例中的光学系统的球差图、像散图及畸变图;
图11为本申请一实施例中的取像模组的示意图;
图12为本申请一实施例中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。
请参见图1,在本申请的一些实施例中,光学系统100由物侧到像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5。具体地,第一透镜L1包括物侧面S1及像侧面S2,第二透镜L2包括物侧面S3及像侧面S4,第三透镜L3包括物侧面S5及像侧面S6,第四透镜L4包括物侧面S7及像侧面S8,第五透镜L5包括物侧面S9及像侧面S10。
其中,第一透镜L1具有正屈折力,有助于缩短光学系统100的系统总长,实现小型化设计。第二透镜L2具有屈折力,第三透镜L3具有负屈折力,第四透镜L4具有正屈折力。第三透镜L3与第四透镜L4胶合,有利于减少光学系统100的色差及球差。第五透镜L5具有正屈折力。上述光学系统100,各透镜之间的屈折力得到合理的搭配,有助于扩大光学系统100的光圈,使得光学系统100更容易实现大光圈的特性。第三透镜L3与第四透镜L4胶合,有利于消除光圈扩大所产生的像差,使光学系统100在具备大光圈特性的同时也能够保证良好的成像质量。
另外,在一些实施例中,光学系统100设置有光阑STO,光阑STO可设置于第二透镜L2与第三透镜L3之间。在一些实施例中,光学系统100还包括设置于第五透镜L5像侧的红外滤光片L6,红外滤光片L6包括物侧面S11及像侧面S12。进一步地,光学系统100还包括位于第五透镜L5像侧的像面S13,像面S13即为光学系统100的成像面,入射光经第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5调节后能够成像于像面S13。值得注意的是,红外滤光片L6可为红外带通滤光片,能够透过红外波段的光线。进一步地,在一些实施例中,红外滤光片L6能够透过近红外波段(800nm-1000nm)的光线,以便光学系统100能够运用于红外探测领域。
在一些实施例中,光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。非球面结构的采用能够提高透镜设计的灵活性,并有效地校正球差,改善成像质量。在另一些实施例中,光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面也可以均为球面。需要注意的是,上述实施例仅是对本申请的一些实施例的举例,在一些实施例中,光学系统100中各透镜的表面可以是非球面或球面的任意组合。
在一些实施例中,光学系统100中的各透镜的材质可以均为玻璃或均为塑料。采用塑料材质的透镜能够减少光学系统100的重量并降低生产成本,配合光学系统的较小尺寸以实现光学系统的轻小型化设计。而采用玻璃材质的透镜使光学系统100具备优良的光学性能以及较高的耐温性能。例如,在一些实施例中,光学系统100的各透镜的材质均为玻璃,使得光学系统100在-40℃-85℃的温度范围内具有良好的热稳定性。需要注意的是,光学系统100中各透镜的材质也可以为玻璃和塑料的任意组合,并不一定要是均为玻璃或均为塑料。
需要注意的是,第一透镜L1并不意味着只存在一片透镜,在一些实施例中,第一透镜L1中也可以存在两片或多片透镜,两片或多片透镜能够形成胶合透镜,胶合透镜最靠近物侧的表面可视为物侧面S1,最靠近像侧的表面可视为像侧面S2。或者,第一透镜L1中的各透镜之间并不形成胶合透镜,但各透镜之间的距离相对固定,此时最靠近物侧的透镜的物侧面为物侧面S1,最靠近像侧的透镜的像侧面为像侧面S2。另外,一些实施例中的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4或第五透镜L5中的透镜数量也可大于或等于两片,且任意相邻透镜之间可以形成胶合透镜,也可以为非胶合透镜。
并且,在一些实施例中,光学系统100满足条件式:FNO≤1.9;其中,FNO为光学系统100的光圈数。具体地,FNO可以为:1.60、1.62、1.65、1.68、1.69、1.71、1.74、1.79、1.80或1.85。满足上述条件式时,可以实现光学系统100的大光圈特性,以提升光学系统100的光通量,进而使光学系统100在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:40≤f34/(CT3-CT4)≤530;其中,f34为第三透镜L3及第四透镜L4的组合焦距,CT3为第三透镜L3于光轴110上的厚度,即第三透镜L3的中心厚度,CT4为第四透镜L4于光轴110上的厚度。具体地,f34/(CT3-CT4)可以为:40.286、50.369、70.254、101.502、180.545、205、784、352.005、418、551、498.364或529.681。满足上述条件式时,第三透镜L3的中心厚度、第四透镜L4的中心厚度以及第三透镜L3与第四透镜L4的组合焦距能够得到合理配置,有利于合理配置第三透镜L3的负屈折力以及第四透镜L4的正屈折力,从而使第三透镜L3及第四透镜L4之间能够相互校正像差,进而有利于降低光学系统100的像差。超过上述条件式的下限时,第三透镜L3与第四透镜L4的中心厚度差异过大,不利于第三透镜L3及第四透镜L4的胶合工艺,同时在温度变化大的环境下,第三透镜L3及第四透镜L4因中心厚度差异而产生的冷热变形量差异大,容易产生胶裂或脱胶等现象。超过上述条件式的上限时,第三透镜L3及第四透镜L4的组合焦距过大,第三透镜L3及第四透镜L4组成的透镜组容易产生严重的像散现象,不利于光学系统100成像质量的提升。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:2≤CT1/ET1≤5;其中,CT1为第一透镜L1于光轴110上的厚度,ET1为第一透镜L1的物侧面S1的最大有效口径处至像侧面S2的最大有效口径处于平行光轴110方向上的距离。具体地,CT1/ET1可以为:2.569、2.654、2.852、3.031、3.395、3.517、3.996、4.047、4.322或4.549。满足上述条件式时,第一透镜L1的中心及边缘处的厚薄比例能够得到合理配置,有利于第一透镜L1的加工成型,提升了光学系统100的组装稳定性,同时也能够减少第一透镜L1产生的像差,有利于提升光学系统100的成像质量。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:1≤f12/f≤2;其中,f12为第一透镜L1及第二透镜L2的组合焦距,f为光学系统100的有效焦距。具体地,f12/f可以为:1.494、1.496、1.502、1.536、1.558、1.587、1.603、1.625、1.655或1.698。满足上述条件式时,第一透镜L1及第二透镜L2组成的前透镜组在光学系统100中的屈折力占比能够得到合理配置,有利于校正光学系统100的像差,提升光学系统100的光学性能。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:2≤f/ImgH≤3;其中,f为光学系统100的总有效焦距,ImgH为光学系统100有效成像圆的半径。具体地,f/ImgH可以为:2.106、2.197、2.225、2.237、2.369、2.421、2.472、2.503、2.667或2.778。满足上述条件式时,有利于光学系统100具有大成像面,同时实现光学系统100的长焦特性,使光学系统100具有高分辨率特征。超过上述关系式的下限时,不利于实现光学系统100的长焦特性。超过上述关系式的下限时,光学系统100的成像面小,不利于实现光学系统100的高分辨率特征。
需要说明的是,在本申请中,光学系统100可以匹配具有矩形感光面的感光元件,光学系统100的成像面与感光元件的感光面重合。此时,光学系统100成像面上有效像素区域具有水平方向以及对角线方向,则ImgH可以理解为光学系统100成像面上有效像素区域对角线方向的长度的一半。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:6≤f5/CT5≤10;其中,f5为第五透镜L5的有效焦距,CT5为第五透镜L5于光轴110上的厚度。具体地,f5/CT5可以为:6.898、7.021、7.526、7.632、7.998、8.520、8.567、8.831、8.962或9.029。满足上述条件式时,有利于校正光学系统100的边缘相差,降低边缘光线束的主光线角度,进而提升光学系统100感光元件的感光性能,提升光学系统100的解像能力。超过上述关系式的上限,第五透镜L5的屈折力不足,不利于降低光学系统100边缘光线束的主光线角度。超过上述关系式的下限,第五透镜L5的屈折力过强,容易造成光学系统100边缘相差过校正现象而产生严重的场曲,从而影响光学系统100的解像能力。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:0.2mm≤d1≤2.3mm;其中,d1为第一透镜L1的像侧面S2至第二透镜L2的物侧面S3于光轴110上的距离,即第一透镜L1与第二透镜L2于光轴110上的空气间隔。具体地,d1可以为:0.200、0.531、0.998、1.002、1.325、1.846、1.974、2.013、2.122或2.214。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的小型化,同时减少光学系统100杂散光的产生,也能够降低第一透镜L1及第二透镜L2的组装敏感度,进而降低光学系统100的装配难度。超过上述关系式的上限时,不利于实现光学系统100的小型化,同时,第一透镜L1及第二透镜L2于光轴110上的空气间隔过大,容易产生杂散光。超过上述关系式的下限,第一透镜L1及第二透镜L2于光轴110上的空气间隔过小,导致第一透镜L1及第二透镜L2的组装敏感度增加,从而提升光学系统100的装配难度。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:0.5≤EPL/TTL≤0.8;EPL为光阑STO至光学系统100的成像面于平行于光轴110方向上的距离,TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统100的成像面于光轴110上的距离。具体地,EPL/TTL可以为:0.610、0.612、0.619、0.622、0.625、0.631、0.638、0.647、0.650或0.658。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的远心特性,同时有利于光学系统100的小型化。其中,当光线以大致垂直入射的方式射到光学系统100的感光元件上,能够使光学系统100具有远心特性,远心特性对于固态电子感光元件的感光能力极为重要,能够使电子感光元件的感光敏感度提高,减少光学系统100产生暗角的可能性。超过上述关系式的上限,光学系统100的光瞳远离光学系统100的成像面,不利于缩短光学系统100的系统总长。低于上述关系式的下限,不利于实现光学系统100的远心特性。
在一些实施例中,光学系统100满足条件式:FOV≤52度;其中,FOV为光学系统100的最大视场角。具体地,FOV可以为:40.498、42.884、43.325、45.102、45.995、46.012、46.387、48.205、49.338或51.894。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的长焦特性,使光学系统100能够清晰拍摄远距离的景物。
根据上述各实施例的描述,以下提出更为具体的实施例及附图予以详细说明。
第一实施例
请参见图1和图2,图1为第一实施例中的光学系统100的示意图,光学系统100由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、光阑STO、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图2由左至右依次为第一实施例中光学系统100的球差、像散及畸变的曲线图,其中像散图和畸变图的参考波长为875nm,其他实施例相同。
第一透镜L1的物侧面S1于近轴处为凸面;
第一透镜L1的像侧面S2于近轴处为凹面;
第二透镜L2的物侧面S3于近轴处为凸面;
第二透镜L2的像侧面S4于近轴处为凹面;
第三透镜L3的物侧面S5于近轴处为凹面;
第三透镜L3的像侧面S6于近轴处为凹面;
第四透镜L4的物侧面S7于近轴处为凸面;
第四透镜L4的像侧面S8于近轴处为凸面;
第五透镜L5的物侧面S9于近轴处为凸面;
第五透镜L5的像侧面S10于近轴处为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质均为玻璃,使得光学系统100在-40℃~85℃的温度范围内具有良好的热稳定性。
并且,光学系统100满足条件式:FNO=1.850;其中,FNO为光学系统100的光圈数。满足上述条件式时,可以实现光学系统100的大光圈特性,以提升光学系统100的光通量,进而使光学系统100在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
光学系统100满足条件式:f34/(CT3-CT4)=203.720;其中,f34为第三透镜L3及第四透镜L4的组合焦距,CT3为第三透镜L3于光轴110上的厚度,即第三透镜L3的中心厚度,CT4为第四透镜L4于光轴110上的厚度。满足上述条件式时,第三透镜L3的中心厚度、第四透镜L4的中心厚度以及第三透镜L3与第四透镜L4的组合焦距能够得到合理配置,有利于合理配置第三透镜L3的负屈折力以及第四透镜L4的正屈折力,从而使第三透镜L3及第四透镜L4之间能够相互校正像差,进而有利于降低光学系统100的像差;第三透镜L3与第四透镜L4的中心厚度差异不会过大,有利于第三透镜L3及第四透镜L4的胶合工艺,同时在温度变化大的环境下,第三透镜L3及第四透镜L4因中心厚度差异而产生的冷热变形量差异也不会过大,避免产生胶裂或脱胶等现象;第三透镜L3及第四透镜L4的组合焦距不会过大,第三透镜L3及第四透镜L4组成的透镜组不容易产生严重的像散现象,有利于光学系统100成像质量的提升。
光学系统100满足条件式:CT1/ET1=4.549;其中,CT1为第一透镜L1于光轴110上的厚度,ET1为第一透镜L1的物侧面S1的最大有效口径处至像侧面S2的最大有效口径处于平行光轴110方向上的距离。满足上述条件式时,第一透镜L1的中心及边缘处的厚薄比例能够得到合理配置,有利于第一透镜L1的加工成型,提升了光学系统100的组装稳定性,同时也能够减少第一透镜L1产生的像差,有利于提升光学系统100的成像质量。
光学系统100满足条件式:f12/f=1.625;其中,f12为第一透镜L1及第二透镜L2的组合焦距,f为光学系统100的有效焦距。满足上述条件式时,第一透镜L1及第二透镜L2组成的前透镜组在光学系统100中的屈折力占比能够得到合理配置,有利于校正光学系统100的像差,提升光学系统100的光学性能。
光学系统100满足条件式:f/ImgH=2.778;其中,f为光学系统100的总有效焦距,ImgH为光学系统100有效成像圆的半径。满足上述条件式时,有利于光学系统100具有大成像面,同时实现光学系统100的长焦特性,使光学系统100具有高分辨率特征。
光学系统100满足条件式:f5/CT5=7.145;其中,f5为第五透镜L5的有效焦距,CT5为第五透镜L5于光轴110上的厚度。满足上述条件式时,有利于校正光学系统100的边缘相差,降低边缘光线束的主光线角度,进而提升光学系统100感光元件的感光性能,提升光学系统100的解像能力;第五透镜L5具有足够的屈折力,有利于降低光学系统100边缘光线束的主光线角度;第五透镜L5的屈折力不会过强,避免造成光学系统100边缘相差过校正现象而产生严重的场曲,从而影响光学系统100的解像能力的情况。
光学系统100满足条件式:d1=2.214mm;其中,d1为第一透镜L1的像侧面S2至第二透镜L2的物侧面S3于光轴110上的距离,即第一透镜L1与第二透镜L2于光轴110上的空气间隔。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的小型化,同时减少光学系统100杂散光的产生,也能够降低第一透镜L1及第二透镜L2的组装敏感度,进而降低光学系统100的装配难度;第一透镜L1及第二透镜L2于光轴110上的空气间隔不会过大,不容易产生杂散光;第一透镜L1及第二透镜L2于光轴110上的空气间隔不会过小,避免第一透镜L1及第二透镜L2的组装敏感度增加,从而提升光学系统100的装配难度的情况。
光学系统100满足条件式:EPL/TTL=0.610;EPL为光阑STO至光学系统100的成像面于平行于光轴110方向上的距离,TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统100的成像面于光轴110上的距离。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的远心特性,同时有利于光学系统100的小型化。其中,当光线以大致垂直入射的方式射到光学系统100的感光元件上,能够使光学系统100具有远心特性,远心特性对于固态电子感光元件的感光能力极为重要,能够使电子感光元件的感光敏感度提高,减少光学系统100产生暗角的可能性。
光学系统100满足条件式:FOV=40.498度;其中,FOV为光学系统100的最大视场角。满足上述条件式时,有利于实现光学系统100的长焦特性,使光学系统100能够清晰拍摄远距离的景物。
另外,光学系统100的各项参数由表1给出。其中,表1中的像面S13可理解为光学系统100的成像面。由物面(图未示出)至像面S13的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列。表1中的Y半径为相应表面编号的物侧面或像侧面于光轴110处的曲率半径。表面编号1和表面编号2分别为第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2,即同一透镜中,表面编号较小的表面为物侧面,表面编号较大的表面为像侧面。第一透镜L1的“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜于光轴110上的厚度,第二个数值为该透镜的像侧面至像侧方向的后一透镜的物侧面于光轴110上的距离。
需要注意的是,在该实施例及以下各实施例中,光学系统100也可不设置红外滤光片L6,但此时第五透镜L5的像侧面S10至像面S13的距离保持不变。
在第一实施例中,光学系统100的有效焦距f=11.195mm,光学系统100具有长焦特性;光圈数FNO=1.85,最大视场角的一半Semi-FOV=20.249°,光学系统100的系统总长TTL=20mm。
在本申请的各实施例中,光学系统100有效成像圆的半径ImgH=4.03mm,光学系统100具有大像面的特性。
且各透镜的焦距为波长=875nm下的数值,各透镜的折射率和阿贝数为d线(587.56nm)下的数值,其他实施例也相同。
表1
另外,图2包括光学系统10的纵向球面像差图(Longitudinal SphericalAberration),其表示不同波长的光线经由镜头后的汇聚焦点偏离。纵向球面像差图的纵坐标表示归一化的由光瞳中心至光瞳边缘的光瞳坐标(Normalized Pupil Coordinator),横坐标表示成像面到光线与光轴交点的距离(单位为mm)。由纵向球面像差图可知,第一实施例中的各波长光线的汇聚焦点偏离程度趋于一致,成像画面中的弥散斑或色晕得到有效抑制。图2还包括光学系统10的场曲图(ASTIGMATIC FIELD CURVES),其中S曲线代表875nm下的弧矢场曲,T曲线代表875nm下的子午场曲。由图中可知,系统的场曲较小,各视场的场曲和像散均得到了良好的校正,视场中心和边缘均拥有清晰的成像。图2还包括光学系统10的畸变图(DISTORTION),由图中可知,由主光束引起的图像变形较小,系统的成像质量优良。并且,根据各像差图可知,光学系统100在近红外波段800-950nm范围内的工作性能良好,成像清晰。
第二实施例
请参见图3和图4,图3为第二实施例中的光学系统100的示意图,光学系统100由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有正屈折力的第二透镜L2、光阑STO、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图4由左至右依次为第一实施例中光学系统100的球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近轴处为凸面;
第一透镜L1的像侧面S2于近轴处为凸面;
第二透镜L2的物侧面S3于近轴处为凸面;
第二透镜L2的像侧面S4于近轴处为凹面;
第三透镜L3的物侧面S5于近轴处为凹面;
第三透镜L3的像侧面S6于近轴处为凹面;
第四透镜L4的物侧面S7于近轴处为凸面;
第四透镜L4的像侧面S8于近轴处为凸面;
第五透镜L5的物侧面S9于近轴处为凸面;
第五透镜L5的像侧面S10于近轴处为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质均为玻璃。
另外,光学系统100的各项参数由表2给出,且其中各参数的定义可由第一实施例得出,此处不加以赘述。
表2
并且,根据上述所提供的各参数信息,可推得以下数据:
另外,由图4中的像差图可知,光学系统100的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制,从而该实施例的光学系统100拥有良好的成像品质。
第三实施例
请参见图5和图6,图5为第三实施例中的光学系统100的示意图,光学系统100由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、光阑STO、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图6由左至右依次为第二实施例中光学系统100的球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近轴处为凸面;
第一透镜L1的像侧面S2于近轴处为平面;
第二透镜L2的物侧面S3于近轴处为凸面;
第二透镜L2的像侧面S4于近轴处为凹面;
第三透镜L3的物侧面S5于近轴处为凹面;
第三透镜L3的像侧面S6于近轴处为凹面;
第四透镜L4的物侧面S7于近轴处为凸面;
第四透镜L4的像侧面S8于近轴处为凸面;
第五透镜L5的物侧面S9于近轴处为凸面;
第五透镜L5的像侧面S10于近轴处为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质均为玻璃。
另外,光学系统100的各项参数由表3给出,且其中各参数的定义可由第一实施例得出,此处不加以赘述。
表3
并且,根据上述所提供的各参数信息,可推得以下数据:
FNO | 1.800 | f5/CT5 | 9.029 |
f34/(CT3-CT4) | 40.286 | d1(mm) | 1.118 |
CT1/ET1 | 3.806 | EPL/TTL | 0.633 |
f12/f | 1.494 | FOV(°) | 43.256 |
f/ImgH | 2.533 |
另外,由图6中的像差图可知,光学系统100的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制,从而该实施例的光学系统100拥有良好的成像品质。
第四实施例
请参见图7和图8,图7为第四实施例中的光学系统100的示意图,光学系统100由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、光阑STO、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图8由左至右依次为第四实施例中光学系统100的球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近轴处为凸面;
第一透镜L1的像侧面S2于近轴处为平面;
第二透镜L2的物侧面S3于近轴处为凸面;
第二透镜L2的像侧面S4于近轴处为凹面;
第三透镜L3的物侧面S5于近轴处为凹面;
第三透镜L3的像侧面S6于近轴处为凹面;
第四透镜L4的物侧面S7于近轴处为凸面;
第四透镜L4的像侧面S8于近轴处为凸面;
第五透镜L5的物侧面S9于近轴处为凸面;
第五透镜L5的像侧面S10于近轴处为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质均为玻璃。
另外,光学系统100的各项参数由表4给出,且其中各参数的定义可由第一实施例得出,此处不加以赘述。
表4
并且,根据上述所提供的各参数信息,可推得以下数据:
FNO | 1.700 | f5/CT5 | 8.347 |
f34/(CT3-CT4) | 44.987 | d1(mm) | 0.445 |
CT1/ET1 | 3.422 | EPL/TTL | 0.658 |
f12/f | 1.552 | FOV(°) | 46.880 |
f/ImgH | 2.335 |
另外,由图8中的像差图可知,光学系统100的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制,从而该实施例的光学系统100拥有良好的成像品质。
第五实施例
请参见图9和图10,图9为第五实施例中的光学系统100的示意图,光学系统100由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、光阑STO、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图10由左至右依次为第五实施例中光学系统100的球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近轴处为凸面;
第一透镜L1的像侧面S2于近轴处为凹面;
第二透镜L2的物侧面S3于近轴处为凸面;
第二透镜L2的像侧面S4于近轴处为凹面;
第三透镜L3的物侧面S5于近轴处为凹面;
第三透镜L3的像侧面S6于近轴处为凹面;
第四透镜L4的物侧面S7于近轴处为凸面;
第四透镜L4的像侧面S8于近轴处为凸面;
第五透镜L5的物侧面S9于近轴处为凸面;
第五透镜L5的像侧面S10于近轴处为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质均为玻璃。
另外,光学系统100的各项参数由表5给出,且其中各参数的定义可由第一实施例得出,此处不加以赘述。
表5
并且,根据上述所提供的各参数信息,可推得以下数据:
FNO | 1.600 | f5/CT5 | 7.156 |
f34/(CT3-CT4) | 87.167 | d1(mm) | 0.200 |
CT1/ET1 | 3.634 | EPL/TTL | 0.658 |
f12/f | 1.590 | FOV(°) | 51.894 |
f/ImgH | 2.106 |
另外,由图10中的像差图可知,光学系统100的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制,从而该实施例的光学系统100拥有良好的成像品质。
请参见图11,在一些实施例中,光学系统100可与感光元件210组装形成取像模组200。此时,感光元件210的感光面可视为光学系统100的像面S13。取像模组200还可设置有红外滤光片L6,红外滤光片L6设置于第五透镜L5的像侧面S10与像面S13之间。具体地,感光元件210可以为电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor,CMOS Sensor)。在取像模组200中采用上述光学系统100,可以实现取像模组200的大光圈特性,以提升取像模组200的光通量,进而使取像模组200在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果。
请参见图11和图12,在一些实施例中,取像模组200可运用于电子设备300中,电子设备包括壳体310,取像模组200设置于壳体310。具体地,电子设备300可以为但不限于便携电话机、视频电话、智能手机、电子书籍阅读器、行车记录仪等车载摄像设备或智能手表等可穿戴装置。在一些实施例中,电子设备300也可以为红外探测镜头。在电子设备300中采用取像模组200,使电子设备300在光线微弱的环境下拍摄时,也能达到清晰的成像效果,同时,电子设备300在近红外波段(800nm-1000nm)工作能够具有良好的性能。
可以理解的是,当取像模组200运用于红外探测镜头上时,电子设备300还可配置有红外发射模组(图未示出),红外发射模组能够发射红外光,且红外发射模组发射的红外光能够通过红外滤光片L6,以满足红外探测的需求。
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,从物侧至像侧依次包含:
具有正屈折力的第一透镜;
具有屈折力的第二透镜;
具有负屈折力的第三透镜;
具有正屈折力的第四透镜,所述第三透镜与所述第四透镜胶合;
具有正屈折力的第五透镜;
且所述光学系统满足以下条件式:
FNO≤1.9;
其中,FNO为所述光学系统的光圈数。
2.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
40≤f34/(CT3-CT4)≤530;
其中,f34为所述第三透镜及所述第四透镜的组合焦距,CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度,CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。
3.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
2≤CT1/ET1≤5;
其中,CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度,ET1为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径处至像侧面的最大有效口径处于平行光轴方向上的距离。
4.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
1≤f12/f≤2;
其中,f12为所述第一透镜及所述第二透镜的组合焦距,f为所述光学系统的有效焦距。
5.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
2≤f/ImgH≤3;
其中,f为所述光学系统的总有效焦距,ImgH为所述光学系统有效成像圆的半径。
6.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
6≤f5/CT5≤10;
其中,f5为所述第五透镜的有效焦距,CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。
7.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
0.2mm≤d1≤2.3mm;
其中,d1为所述第一透镜的像侧面至所述第二透镜的物侧面于光轴上的距离。
8.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
0.5≤EPL/TTL≤0.8;
其中,所述光学系统还包括光阑,EPL为所述光阑至所述光学系统的成像面于光轴方向上的距离,TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。
9.根据权利要求1所述的光学系统,其特征在于,满足以下条件式:
FOV≤52°;
其中,FOV为所述光学系统的最大视场角。
10.一种取像模组,其特征在于,包括感光元件以及权利要求1-9任一项所述的光学系统,所述感光元件设置于所述光学系统的像侧。
11.一种电子设备,其特征在于,包括壳体以及权利要求10所述的取像模组,所述取像模组设置于所述壳体。
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