CN112711119A - 光学系统、摄像模组及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学系统、摄像模组及电子装置。光学系统由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜，第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有负屈折力的第二透镜，第二透镜的像侧面为凹面；具有正屈折力的第三透镜，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负屈折力的第四透镜，第四透镜的像侧面为凹面；及具有正屈折力的第五透镜，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；光阑，设置于被摄物与第四透镜之间；光学系统满足关系：FOV/CRA≥8.5；FOV为光学系统于成像面的对角线方向的最大视场角，CRA为光学系统于最大视场处的主光线入射角。满足上述屈折力配置、面型配置及关系式时将有利于光学系统实现小型化和广角化设计。

Description

光学系统、摄像模组及电子装置

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及一种光学系统、摄像模组及电子装置。

背景技术

一般地，车载设备、监控设备、医疗设备等电子装置在具备摄像功能的同时，常常会因摄像视野过小而无法获得预期的影像，影响用户使用。例如，对于一般的具有摄像功能的汽车而言，除所摄得的影像外，汽车周围仍然存在较大的区域无法被观察到。

发明内容

基于此，有必要针对如何解决摄像模组视野小的问题，提供一种光学系统、摄像模组及电子装置。

一种光学系统，由物侧至像侧依次包括：

具有负屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负屈折力的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凹面；及

具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于被摄物与第四透镜之间；

所述光学系统满足关系：

FOV/CRA≥8.5；

其中，FOV为所述光学系统于成像面的对角线方向的最大视场角，CRA为所述光学系统于最大视场处的主光线入射角。

在上述光学系统中，各透镜的屈折力配置及面型配置将有利于所述光学系统实现小型化和广角化设计。且当满足上述关系时，可使所述光学系统具备大视场角，以满足智能手机、汽车、监控、医疗器械等电子装置对大视角摄像的要求，同时还能减小光线射入所述光学系统的成像面的角度，提高成像清晰度。当低于关系式下限时，所述光学系统将无法满足大视场角的条件，且主光线入射角度将变得过大，入射光线干扰成像感光元件响应，从而降低成像的分辨率。

在其中一个实施例中，所述第四透镜与所述第五透镜胶合以形成胶合透镜，所述胶合透镜的屈折力为正。所述第四透镜与所述第五透镜的胶合结构能够减少所述光学系统于轴向上的长度，从而有利于光学系统的小型化设计。另外，由于所述胶合透镜能够为光学系统提供正屈折力，从而有利于光学系统实现广角化、低敏感度及小型化的设计。

在其中一个实施例中，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面。非球面结构的采用有利于提高透镜设计的灵活性，且对于所述光学系统而言，所述第四透镜和所述第五透镜的非球面结构能够有效校正所述光学系统的球差，改善成像质量。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

0＜f3/f＜2.49；

其中，f3为所述第三透镜的焦距，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，能够确保所述第三透镜具有正屈折力，将经过所述第一透镜和所述第二透镜而发散的光线会聚，减小所述第三透镜与所述光阑之间的距离，从而有利于实现所述光学系统的小型化设计，此外，还能够减轻所述第四透镜和所述第五透镜对会聚光线的负担，不需要所述第四透镜和所述第五透镜形成具有强屈折力的透镜组，从而确保设计的自由度。满足上述关系时，所述第三透镜的正屈折力不会变的过强，因此所述第三透镜的物侧面和像侧面上各区域的法线与入射光线的夹角不会变的过大，从而能够有效抑制高阶像差的产生。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

-2.95＜f4/f＜0；

其中，f4为所述第四透镜的焦距，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，可确保所述第四透镜具有负屈折力，以此抑制消色差效果的减小，从而有利于所述光学系统具备高分辨性能；满足上述关系时，所述第四透镜的负屈折力不会变的过强，从而使所述第四透镜和所述第五透镜的所形成的透镜组的屈折力不会变的过强，以此能够有效抑制因成像区域中周边部的光线过于发散而造成的高阶像差。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

1.3≤R2/f；

其中，R2为所述第一透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，可防止所述第一透镜的像侧面的曲率半径变得过小，以此抑制所述第一透镜对成像区域中周边部的光线产生强发散作用，以此抑制高阶像差。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

0＜D2/f＜1.45；

其中，D2为所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔，f为所述光学系统的有效焦距。当上述关系满足上限条件时，所述第一透镜的像侧面的曲率半径不会变得过小，从而有利于进行像差校正；当满足上述关系满足下限条件时，能够防止所述第一透镜的像侧面的曲率半径变得过大，从而有利于所述光学系统的广角化设计。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

0＜D4/f＜1.15；

其中，D4为所述第二透镜与所述第三透镜于光轴上的间隔，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系的上限条件时，所述第一透镜和所述第二透镜对光线的大幅发散效果将得到抑制，从而无需加强所述第二透镜像侧的透镜群对光线会聚作用，因此能够良好地进行像差校正。满足上述关系的下限条件时，有利于使光线充分发散而入射到具有正屈折力的第三透镜，从而能够实现使光线快速会聚的目的，以形成具有高强度屈折力的透镜系统。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

3.8≤SL/f；

其中，SL为所述光阑至所述光学系统的成像面于光轴上的距离，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，可有效避免所述光学系统的总长过长或焦距过长，从而有利于所述光学系统的小型化及广角化设计，同时，还能保证所述光学系统具有充足的通光量。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

5＜TTL/f＜25；

其中，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，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，可有效避免所述光学系统的总长过长或焦距过长，从而有利于所述光学系统的小型化及广角化设计。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

-70％≤Dist≤70％；

其中，Dist为所述光学系统的光学畸变。满足上述关系时，所述光学系统的光学畸变量能够得到有效控制，以减弱广角镜头中普遍存在的畸变过大的现象。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足关系：

0＜f45/f＜10；

其中，f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述关系时，所述第四透镜和所述第五透镜所形成的透镜组能够为所述光学系统提供正屈折力，使所述光学系统具有广角、低敏感度以及小型化的特性。

一种摄像模组，包括感光元件及上述任意一项实施例所述的光学系统，所述感光元件设置于所述第五透镜的像侧。通过采用上述光学系统，所述摄像模组将具有广角化及小型化特性，从而能够满足用户对摄像模组的大视角及小体积的要求。

一种电子装置，包括壳体及以上所述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述壳体。通过采用上述摄像模组，所述电子装置能够有效增大摄像视角，从而满足用户对广角摄像的需求。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的光学系统示意图；

图2为第一实施例中光学系统的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图3为本申请第二实施例提供的光学系统的示意图；

图4为第二实施例中光学系统的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图5为本申请第三实施例提供的光学系统的示意图；

图6为第三实施例中光学系统的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图7为本申请第四实施例提供的光学系统的示意图；

图8为第四实施例中光学系统的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图9为本申请一实施例提供的摄像模组的示意图；

图10为本申请一实施例提供的电子装置的示意图；

图11为本申请另一实施例提供的电子装置的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个原件，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”另一个原件，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。相反，当元件被称作“直接在”另一原件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一般地，车载设备、监控设备、医疗设备等电子装置在具备摄像功能的同时，常常会因摄像视野过小而无法获得预期的影像，影响用户使用。为此，本申请的实施例提供一种光学系统、摄像模组及电子装置以解决摄像视野小的问题。

参考图1，在本申请的一个实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有屈折力的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5。光学系统10还包括光阑STO，光阑STO设置于第四透镜L4的物侧，或理解为光阑STO设置于被摄物与第四透镜L4之间。具体地，在一些实施例中，光阑STO可设置于第一透镜L1的物侧、第一透镜L1与第二透镜L2之间、第二透镜L2与第三透镜L3之间或者第三透镜L3与第四透镜L4之间。在一些实施例中，光阑STO可设置于光学系统10中的任一透镜的物侧面或像侧面上。

在该实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5分别只包括一片透镜。但需要注意的是，在一些实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5中的一个或多个可以是由两片或多片透镜组成的透镜组。

在该实施例中，第一透镜L1具有负屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第三透镜L3具有正屈折力，第四透镜L4具有负屈折力，第五透镜L5具有正屈折力，第四透镜L4与第五透镜L5胶合。当然，一些实施例中的第四透镜L4与第五透镜L5之间也可以不胶合。

第一透镜L1包括物侧面S1和像侧面S2，第二透镜L2包括物侧面S3和像侧面S4，第三透镜L3包括物侧面S5和像侧面S6，第四透镜L4包括物侧面S7和像侧面S8，第五透镜L5包括物侧面S9和像侧面S10，另外，光学系统10还有一成像面S17，成像面S17位于第五透镜L5的像侧，入射光线在经过各透镜的调节后能够成像于成像面S17上，成像面S17可视为感光元件的感光表面。

在该实施例中，第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；第二透镜L2的像侧面S4为凹面；第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6均为凸面；第四透镜L4的像侧面S8为凹面；第五透镜L5的物侧面S9和像侧面S10均为凸面。

在该实施例中，通过合理配置各透镜的屈折力及面型，从而有利于光学系统10的广角化及小型化设计。

在该实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3的物侧面和像侧面均为球面，而第四透镜L4和第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。在一些实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5的各透镜表面可以均为球面或者均为非球面。当然，在另一些实施例中，对于任一透镜而言，透镜的物侧面可以为球面和非球面中的任一种，像侧面也可以为球面和非球面中的任一种。在本申请中，各透镜的具体面型并不限于以上实施例。通过配合光学系统10中各透镜的球面和非球面面型，透镜的非球面设计能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，另外，透镜的球面设计则能够降低生产成本。通过对透镜的面型进行配置，光学系统10能够在高成像质量、小型化及低成本之间取得平衡。

非球面的面型计算可参考非球面公式：

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

在一些实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3的材质均为玻璃，第四透镜L4和第五透镜L5的材质均为塑料。在另一些实施例中，第一透镜L1的材质为玻璃，而第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5的材质均为塑料。此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。塑料材质的透镜能够减少光学系统10的重量并降低生成成本，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性能。在一些实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5的材质均为塑料。在一些实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5的材质均为玻璃。当然，光学系统10中各透镜的材质配置并不限于上述实施例，任一透镜的材质可以为塑料或玻璃。

在一些实施例中，第五透镜L5的像侧设置有红外滤光片L6，或者理解为红外滤光片L6设置在第五透镜L5与成像面之间。红外滤光片L6包括物侧面S11和像侧面S12。红外滤光片L6具体为红外截止滤光片，从而可用于滤除红外光，防止红外光到达成像面，从而防止红外光对正常影像的成像造成影响。红外滤光片L6可与各透镜一同装配以作为光学系统10中的一部分，或者，也可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时，一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，红外滤光片L6也可设置在第一透镜L1的物侧。另外，在一些实施例中也可不设置红外滤光片L6，而是通过在第一透镜L1至第五透镜L5中的任一透镜上设置滤光镀层以实现滤除红外光的作用。

在一些实施例中，第五透镜L5的像侧设置有保护玻璃L7，在光学系统10于感光元件组装成模组时，保护玻璃L7在靠近感光元件设置，从而能够起到保护感光元件的作用。保护玻璃L7包括物侧面S13及像侧面S14。

以上，在一些实施例中，光学系统10除了包括具有屈折力的透镜外，还可包括光阑STO、红外滤光片L6、保护玻璃L7、感光元件、用于改变入射光路的反射镜等元件。

在一些实施例中，光学系统10满足以下关系：

FOV/CRA≥8.5；

其中，FOV为光学系统10于成像面的对角线方向的最大视场角，CRA为光学系统10于最大视场处的主光线入射角。在一些实施例中，FOV/CRA可以为8.5、8.7、8.9、9.0、9.2、9.3或9.4。满足上述关系时，可使光学系统10具备大视场角，以满足电子装置对大视场角的要求，同时还能减小光线射入光学系统10的成像面的角度，提高成像清晰度。当低于关系式下限时，光学系统10将无法满足大视场角的条件，且主光线入射角度将变得过大，入射光线干扰成像感光元件响应，从而降低成像的分辨率。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

0＜f3/f＜2.49；

其中，f3为第三透镜L3的焦距，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，f3/f可以为1.47、1.50、1.55、1.60、1.65、1.70、1.75、1.80、1.85或1.87。满足上述关系时，能够确保第三透镜L3具有正屈折力，将经过第一透镜L1和第二透镜L2而发散的光线会聚，减小第三透镜L3与光阑STO之间的距离，从而有利于实现光学系统10的小型化设计，此外，还能够减轻第四透镜L4和第五透镜L5对会聚光线的负担，不需要第四透镜L4和第五透镜L5形成具有强屈折力的透镜组，从而确保设计的自由度。满足上述关系时，第三透镜L3的正屈折力不会变的过强，因此第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6上各区域的法线与入射光线的夹角不会变的过大，从而能够有效抑制高阶像差的产生。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

-2.95＜f4/f＜0；

其中，f4为第四透镜L4的焦距，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，f4/f可以为-2.35、-2.30、-2.20、-2.00、-1.90、-1.80、-1.70、-1.68或-1.65。满足上述关系时，可确保第四透镜L4具有负屈折力，以此抑制消色差效果的减小，从而有利于光学系统10具备高分辨性能；满足上述关系时，第四透镜L4的负屈折力不会变的过强，从而使第四透镜L4和第五透镜L5的所形成的透镜组的屈折力不会变的过强，以此能够有效抑制因成像区域中周边部的光线过于发散而造成的高阶像差。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

1.3≤R2/f；

其中，R2为第一透镜L1的像侧面S2于光轴处的曲率半径，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，R2/f可以为1.30、1.32、1.35、1.37、1.39或1.40。满足上述关系时，可防止第一透镜L1的像侧面的曲率半径变得过小，以此抑制第一透镜L1对成像区域中周边部的光线产生强发散作用，以此抑制高阶像差。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

0＜D2/f＜1.45；

其中，D2为第一透镜L1与第二透镜L2于光轴上的间隔，或者也可以理解D2为第一透镜L1的像侧面S2至第二透镜L2的物侧面S3于光轴上的距离，在一些实施例中也可以将D2理解为第一透镜L1与第二透镜L2于光轴上的空气间隔，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，D2/f可以为0.85、0.86、0.88、0.90、0.92或0.93。当上述关系满足上限条件时，第一透镜L1的像侧面的曲率半径不会变得过小，从而有利于进行像差校正；当满足上述关系满足下限条件时，能够防止第一透镜L1的像侧面的曲率半径变得过大，从而有利于光学系统10的广角化设计。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

0＜D4/f＜1.15；

其中，D4为第二透镜L2与第三透镜L3于光轴上的间隔，或者也可以理解D4为第二透镜L2的像侧面S4至第三透镜L3的物侧面S5于光轴上的距离，在一些实施例中也可以将D4理解为第二透镜L4与第三透镜L3于光轴上的空气间隔，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，D4/f可以为0.40、0.43、0.45、0.50、0.55、0.58、0.60或0.62。满足上述关系的上限条件时，第一透镜L1和第二透镜L2对光线的大幅发散效果将得到抑制，从而无需加强第二透镜L2像侧的透镜群对光线会聚作用，因此能够良好地进行像差校正。满足上述关系的下限条件时，有利于使光线充分发散而入射到具有正屈折力的第三透镜L3，从而能够实现使光线快速会聚的目的，以形成具有高强度屈折力的透镜系统。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

3.8≤SL/f；

其中，SL为光阑STO至光学系统10的成像面于光轴上的距离，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，SL/f可以为3.80、3.83、3.85、3.90、4.00、4.10、4.20、4.25、4.28、4.30或4.33。满足上述关系时，可有效避免光学系统10的总长过长或焦距过长，从而有利于光学系统10的小型化及广角化设计，同时，还能保证光学系统10具有充足的通光量。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

5＜TTL/f＜25；

其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面S15于光轴上的距离，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，TTL/f可以为8.15、8.20、8.25、8.30、8.40、8.50、8.55、8.58、8.60或8.63。满足上述关系时，可有效避免光学系统10的总长过长或焦距过长，从而有利于光学系统10的小型化及广角化设计。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

-70％≤Dist≤70％；

其中，Dist为光学系统10的光学畸变。在一些实施例中，Dist可以为-70％、-68％、-67％、-65％、-64％。满足上述关系时，光学系统10的光学畸变量能够得到有效控制，以减弱广角镜头中普遍存在的畸变过大的现象。

在一些实施例中，光学系统10满足关系：

0＜f45/f＜10；

其中，f45为第四透镜L4和第五透镜L5的组合焦距，f为光学系统10的有效焦距。在一些实施例中，f45/f可以为3.12、3.15、3.20、3.25、3.30、3.35、3.40、3.43或3.45。满足上述关系时，第四透镜L4和第五透镜L5所形成的透镜组能够为光学系统10提供正屈折力，使光学系统10具有广视角、低敏感度以及小型化的特性。

第一实施例

参考图1和图2，在第一实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜L3、光阑STO、具有负屈折力的第四透镜L4、具有正屈折力的第五透镜L5，其中第四透镜L4与第五透镜L5胶合。图2包括第一实施例中光学系统10的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为546.07nm波长下的数据图。

第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的物侧面和像侧面均为球面，第四透镜L4和第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面，其中，第四透镜L4的像侧面S8与第五透镜L5的物侧面S9能够无缝或近乎无缝地贴合。通过配合光学系统10中各透镜的球面和非球面面型，透镜的非球面设计能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，另外，透镜的球面设计则能够降低生产成本。通过对透镜的面型进行配置，光学系统10能够在高成像质量、小型化及低成本之间取得平衡。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的材质为玻璃，第四透镜L4和第五透镜L5的材质为塑料。此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。

在由物侧至像侧的方向上，第五透镜L5的像侧还依次设置有红外滤光片L6及保护玻璃L7。红外滤光片L6为红外截止滤光片，可用于滤除红外光，防止红外光到达成像面而影响正常成像效果。保护玻璃L7能够用于保护安装至光学系统10像侧的感光元件。在一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个为光学系统10的一部分，例如红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个可以与各透镜一同组装至镜筒上。在另一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，保护玻璃L7可以省略。

在第一实施例中，光学系统10满足以下各关系：

FOV/CRA＝8.5；其中，FOV为光学系统10于成像面的对角线方向的最大视场角，CRA为光学系统10于最大视场处的主光线入射角。满足上述关系时，可使光学系统10具备大视场角，以满足电子装置对大视场角的要求，同时还能减小光线射入光学系统10的成像面的角度，提高成像清晰度。

f3/f＝1.53；其中，f3为第三透镜L3的焦距，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，能够确保第三透镜L3具有正屈折力，将经过第一透镜L1和第二透镜L2而发散的光线会聚，减小第三透镜L3与光阑STO之间的距离，从而有利于实现光学系统10的小型化设计，此外，还能够减轻第四透镜L4和第五透镜L5对会聚光线的负担，不需要第四透镜L4和第五透镜L5形成具有强屈折力的透镜组，从而确保设计的自由度。满足上述关系时，第三透镜L3的正屈折力不会变的过强，因此第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6上各区域的法线与入射光线的夹角不会变的过大，从而能够有效抑制高阶像差的产生。

f4/f＝-1.68；其中，f4为第四透镜L4的焦距，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，可确保第四透镜L4具有负屈折力，以此抑制消色差效果的减小，从而有利于光学系统10具备高分辨性能；满足上述关系时，第四透镜L4的负屈折力不会变的过强，从而使第四透镜L4和第五透镜L5的所形成的透镜组的屈折力不会变的过强，以此能够有效抑制因成像区域中周边部的光线过于发散而造成的高阶像差。

R2/f＝1.3；其中，R2为第一透镜L1的像侧面S2于光轴处的曲率半径，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，可防止第一透镜L1的像侧面的曲率半径变得过小，以此抑制第一透镜L1对成像区域中周边部的光线产生强发散作用，以此抑制高阶像差。

D2/f＝0.88；其中，D2为第一透镜L1与第二透镜L2于光轴上的间隔，f为光学系统10的有效焦距。满足上限关系时，第一透镜L1的像侧面的曲率半径不会变得过小，从而有利于进行像差校正；满足上限关系时，能够防止第一透镜L1的像侧面的曲率半径变得过大，从而有利于光学系统10的广角化设计。

D4/f＝0.63；其中，D4为第二透镜L2与第三透镜L3于光轴上的间隔，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，第一透镜L1和第二透镜L2对光线的大幅发散效果将得到抑制，从而无需加强第二透镜L2像侧的透镜群对光线会聚作用，因此能够良好地进行像差校正。满足上述关系时，有利于使光线充分发散而入射到具有正屈折力的第三透镜L3，从而能够实现使光线快速会聚的目的，以形成具有高强度屈折力的透镜系统。

SL/f＝3.81；其中，SL为光阑STO至光学系统10的成像面于光轴上的距离，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，可有效避免光学系统10的总长过长或焦距过长，从而有利于光学系统10的小型化及广角化设计，同时，还能保证光学系统10具有充足的通光量。

TTL/f＝8.15；其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面S15于光轴上的距离，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，可有效避免光学系统10的总长过长或焦距过长，从而有利于光学系统10的小型化及广角化设计。

Dist＝-67％；其中，Dist为光学系统10的光学畸变。满足上述关系时，光学系统10的光学畸变量能够得到有效控制，以减弱广角镜头中普遍存在的畸变过大的现象。

f45/f＝3.45；其中，f45为第四透镜L4和第五透镜L5的组合焦距，f为光学系统10的有效焦距。满足上述关系时，第四透镜L4和第五透镜L5所形成的透镜组能够为光学系统10提供正屈折力，使光学系统10具有广视角、低敏感度以及小型化的特性。

在第一实施例中，光学系统10的有效焦距f＝1.78mm，光圈值FNO＝2.4，最大视场角(对角线视角，即光学系统10于成像面的对角线方向的最大视场角)FOV＝153度(deg.)。

另外，光学系统10的各透镜参数由表1和表2给出，表2中的K为圆锥常数，Ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。由物面至成像面S15的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列。面序号1和2分别表示第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2，即同一透镜中，面序号较小的表面为物侧面，面序号较大的表面为像侧面。表1中的Y半径为相应面序号的物侧面或像侧面于近轴处的曲率半径。透镜于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜于光轴上的厚度，第二个数值为该透镜的像侧面至后一透镜的物侧面于光轴上的距离。面序号6中的“厚度”参数为第三透镜L3的像侧面S6至光阑STO的距离。光阑STO于“厚度”参数列中的数值为光阑STO至后一透镜的物侧面顶点(顶点指透镜与光轴的交点)于光轴上的距离，我们默认第一透镜L1物侧面到最后一枚镜片像侧面的方向为光轴的正方向，当该值为负时，表明光阑STO设置于透镜的物侧面顶点的右侧(或理解为位于该顶点的像侧)，当光阑STO的“厚度”参数为正值时，光阑STO在透镜物侧面顶点的左侧(或理解为位于该顶点的物侧)。面序号8中所对应的Y半径参数为第四透镜L4的物侧面于光轴处的曲率半径，所对应的“厚度”参数为第四透镜L4于光轴处的厚度，本申请实施例中各透镜的光轴处于同一直线上。面序号10中的“厚度”参数值为第五透镜L5的像侧面S10至红外滤光片L6的物侧面S11于光轴上的距离。红外滤光片L6于“厚度”参数中面序号12所对应的数值为红外滤光片L6的像侧面S12至保护玻璃L7的物侧面S13于光轴上的距离。面序号14所对应的“厚度”参数值代表保护玻璃L7的像侧面S14至光学系统10的像面(成像面S15)于光轴上的距离。

在第一实施例中，光学系统10的有效焦距f＝1.78mm，光圈数FNO＝2.4，最大视场角(对角线视角)FOV＝153°。

另外，在以下各实施例(第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例)中，各透镜的折射率、阿贝数和焦距均为587.56nm波长(d光)下的数值。另外，关系式的计算和透镜的面型以透镜参数(如表1和表2的数据)为准。

表1

表2

第二实施例

参考图3和图4，在第二实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜L3、光阑STO、具有负屈折力的第四透镜L4、具有正屈折力的第五透镜L5，其中第四透镜L4与第五透镜L5胶合。图4包括第二实施例中光学系统10的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为546.07nm波长下的数据图。

第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的物侧面和像侧面均为球面，第四透镜L4和第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面，其中，第四透镜L4的像侧面S8与第五透镜L5的物侧面S9能够无缝或近乎无缝地贴合。通过配合光学系统10中各透镜的球面和非球面面型，透镜的非球面设计能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，另外，透镜的球面设计则能够降低生产成本。通过对透镜的面型进行配置，光学系统10能够在高成像质量、小型化及低成本之间取得平衡。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的材质为玻璃，第四透镜L4和第五透镜L5的材质为塑料。此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。

在由物侧至像侧的方向上，第五透镜L5的像侧还依次设置有红外滤光片L6及保护玻璃L7。红外滤光片L6为红外截止滤光片，可用于滤除红外光，防止红外光到达成像面而影响正常成像效果。保护玻璃L7能够用于保护安装至光学系统10像侧的感光元件。在一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个为光学系统10的一部分，例如红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个可以与各透镜一同组装至镜筒上。在另一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，保护玻璃L7可以省略。

在第二实施例中，光学系统10的有效焦距f＝1.75mm，光圈数FNO＝2.4，最大视场角(对角线视角)FOV＝150°。

光学系统10的各项参数由表3和表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3

表4

由以上数据可推得：

第三实施例

参考图5和图6，在第三实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜L3、光阑STO、具有负屈折力的第四透镜L4、具有正屈折力的第五透镜L5，其中第四透镜L4与第五透镜L5胶合。图6包括第三实施例中光学系统10的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为546.07nm波长下的数据图。

第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的物侧面和像侧面均为球面，第四透镜L4和第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面，其中，第四透镜L4的像侧面S8与第五透镜L5的物侧面S9能够无缝或近乎无缝地贴合。通过配合光学系统10中各透镜的球面和非球面面型，透镜的非球面设计能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，另外，透镜的球面设计则能够降低生产成本。通过对透镜的面型进行配置，光学系统10能够在高成像质量、小型化及低成本之间取得平衡。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的材质为玻璃，第四透镜L4和第五透镜L5的材质为塑料。此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。

在由物侧至像侧的方向上，第五透镜L5的像侧还依次设置有红外滤光片L6及保护玻璃L7。红外滤光片L6为红外截止滤光片，可用于滤除红外光，防止红外光到达成像面而影响正常成像效果。保护玻璃L7能够用于保护安装至光学系统10像侧的感光元件。在一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个为光学系统10的一部分，例如红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个可以与各透镜一同组装至镜筒上。在另一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，保护玻璃L7可以省略。

在第三实施例中，光学系统10的有效焦距f＝1.74mm，光圈数FNO＝2.4，最大视场角(对角线视角)FOV＝153°。

光学系统10的各项参数由表5和表6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

表6

由以上数据可推得：

第四实施例

参考图7和图8，在第四实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜L3、光阑STO、具有负屈折力的第四透镜L4、具有正屈折力的第五透镜L5，其中第四透镜L4与第五透镜L5胶合。图8包括第四实施例中光学系统10的球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为546.07nm波长下的数据图。

第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的物侧面和像侧面均为球面，第四透镜L4和第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面，其中，第四透镜L4的像侧面S8与第五透镜L5的物侧面S9能够无缝或近乎无缝地贴合。通过配合光学系统10中各透镜的球面和非球面面型，透镜的非球面设计能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，另外，透镜的球面设计则能够降低生产成本。通过对透镜的面型进行配置，光学系统10能够在高成像质量、小型化及低成本之间取得平衡。

第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的材质为玻璃，第四透镜L4和第五透镜L5的材质为塑料。此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。

在由物侧至像侧的方向上，第五透镜L5的像侧还依次设置有红外滤光片L6及保护玻璃L7。红外滤光片L6为红外截止滤光片，可用于滤除红外光，防止红外光到达成像面而影响正常成像效果。保护玻璃L7能够用于保护安装至光学系统10像侧的感光元件。在一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个为光学系统10的一部分，例如红外滤光片L6和保护玻璃L7中的至少一个可以与各透镜一同组装至镜筒上。在另一些实施例中，红外滤光片L6和保护玻璃L7可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，保护玻璃L7可以省略。

在第四实施例中，光学系统10的有效焦距f＝1.77mm，光圈数FNO＝2.4，最大视场角(对角线视角)FOV＝155°。

光学系统10的各项参数由表7和表8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7

表8

由以上数据可推得：

参考图9，在本申请提供的一个实施例中，光学系统10与感光元件210组装以形成摄像模组20，此时，该实施例中的第物透镜与感光元件210之间设置有红外滤光片L6及保护玻璃L7。感光元件210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)。采用上述光学系统10将有利于摄像模组20的广角化及小型化设计，从而能够满足用户对摄像模组20的大视角及小体积的要求。

在一些实施例中，感光元件210与光学系统10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感光元件210能够相对光学系统10中的各透镜相对移动，从而实现对焦效果。在一些实施例中，也可通过设置驱动机构以驱动光学系统10中的部分透镜移动，从而实现光学变焦效果。

参考图10和图11，本申请的一些实施例还提供了一种电子装置30，摄像模组20应用于电子装置30。具体地，电子装置30包括壳体，摄像模组20安装于壳体。电子装置30包括但不限于智能手机、智能手表、车载摄像设备、监控设备、医疗设备(如内窥镜等)、平板电脑、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、无人机、计算机等。通过采用上述摄像模组20，电子装置30能够有效增大视场角，以满足用户对广角摄像的需求。

参考图10，在一些实施例中，当摄像模组20应用于智能手机时，摄像模组20可安装于智能手机的中框(可视为壳体)上。摄像模组20可作为智能手机的前置摄像模组或后置摄像模组。

参考图11，在一些实施例中，摄像模组20应用于汽车，例如应用在有人驾驶汽车或无人驾驶汽车中，此时可将汽车整体视为电子装置30，或者也可将汽车上的车载摄像设备视为电子装置30。摄像模组20可作为汽车的前视摄像模组、后视摄像模组或侧视摄像模组。具体地，汽车包括车体310，摄像模组20可安装于车体310的前侧(如进气格栅处)、左前大灯、右前大灯、左后视镜、右后视镜、车尾箱盖板、车顶等任意位置。另外，也可在汽车内设置显示设备，摄像模组20与显示设备通信连接，从而，车体上的摄像模组20所获得的影像能够在显示设备上实时显示，让驾驶者能够获得车体四周更大范围的环境信息，使驾驶者在行车和泊车时更为方便及安全。通过采用上述具备大视角特性的摄像模组20，可有效减少驾驶者的视野盲区，使驾驶者能够获得更多的车体外围的路况信息，从而能够降低汽车在变道、泊车、转弯等操作时的安全隐患。

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 (14)

1.一种光学系统，其特征在于，由物侧至像侧依次包括：

具有负屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负屈折力的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凹面；及

具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于被摄物与第四透镜之间；

所述光学系统满足关系：

FOV/CRA≥8.5；

其中，FOV为所述光学系统于成像面的对角线方向的最大视场角，CRA为所述光学系统于最大视场处的主光线入射角。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第四透镜与所述第五透镜胶合以形成胶合透镜，所述胶合透镜的屈折力为正。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

0＜f3/f＜2.49；

其中，f3为所述第三透镜的焦距，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，所述光学系统满足关系：

-2.95＜f4/f＜0；

其中，f4为所述第四透镜的焦距，f为所述光学系统的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

1.3≤R2/f；

其中，R2为所述第一透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，f为所述光学系统的有效焦距。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

0＜D2/f＜1.45；

其中，D2为所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔，f为所述光学系统的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

0＜D4/f＜1.15；

其中，D4为所述第二透镜与所述第三透镜于光轴上的间隔，f为所述光学系统的有效焦距。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

3.8≤SL/f；

其中，SL为所述光阑至所述光学系统的成像面于光轴上的距离，f为所述光学系统的有效焦距。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

5＜TTL/f＜25；

其中，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，f为所述光学系统的有效焦距。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

-70％≤Dist≤70％；

其中，Dist为所述光学系统的光学畸变。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系：

0＜f45/f＜10；

其中，f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f为所述光学系统的有效焦距。

13.一种摄像模组，其特征在于，包括感光元件及权利要求1至12任意一项所述的光学系统，所述感光元件设置于所述第五透镜的像侧。

14.一种电子装置，其特征在于，包括壳体及权利要求14所述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述壳体。

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