CN113296234A - 光学系统、摄像头模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了光学系统、摄像头模组及电子设备。光学系统包括具有正屈折力的第一透镜、及具有屈折力的第二、三、四、五透镜。第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面。光学系统满足：189.679<f*43/(2*ImgH)<236.959，f为光学系统的焦距，ImgH为光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。本申请通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力，及第一透镜的面型，及限定f*43/(2*ImgH)的范围，使得光学系统具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
Description
技术领域
本申请属于光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统、摄像头模组及电子设备。
背景技术
近年来，随着智能手机、平板、摄像机等电子产品制造技术的飞速发展和用户需求愈加多样化发展趋势的出现，市场对光学系统的规格要求也越来越高。
目前要求电子设备中的光学系统能够实现背景虚化及远距离拍摄等效果，以提升用户体验。然而，目前的光学系统焦距不足，难以实现背景虚化及远距离拍摄效果。
因此，如何使光学系统具有超长焦的特征以满足远距离拍摄需求应为业界的研发方向。
发明内容
本申请实施例提供一种光学系统、摄像头模组及电子设备，该光学系统具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
第一方面，本申请实施例提供了一种光学系统，光学系统包括多个透镜，所述多个透镜包括从物侧(物侧是指光线射入的一侧)至像侧(像侧是指光线射出的一侧)依次排布的第一透镜，具有正屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第二透镜，具有屈折力；第三透镜，具有屈折力；第四透镜，具有屈折力；第五透镜，具有屈折力。所述光学系统满足以下条件式：189.679<f*43/(2*ImgH)<236.959，f为所述光学系统的焦距，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。需要说明的是，第二透镜至第五透镜具有屈折力是指第二透镜至第五透镜既可以具有正屈折力也可以具有负屈折力。
其中，屈折力即为光焦度，表示光学系统偏折光线的能力，正屈折力表示透镜对光束起汇聚作用，负屈折力表示透镜对光束起发散作用。当透镜不具有屈折力时，即光焦度为零的情况下，即为平面折射，这时，沿轴平行光束经折射后仍是沿轴平行光束，不出现屈折现象。
本申请通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力，及第一透镜的面型，及限定f*43/(2*ImgH)的范围，使得光学系统具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
具体地，通过限定f*43/(2*ImgH)的范围，可确保光学系统具有超长焦的特性，可实现背景虚化、远距离拍摄等功能。如果f*43/(2*ImgH)≥236.959，能够增强光学系统的长焦特性，但光学系统的总长也会增大，不利于光学系统的小型化设计，如果f*43/(2*ImgH)≤189.679，则不能满足光学系统超长焦的设计需求。
一种可能的实施方式中，所述光学系统包括棱镜，所述棱镜位于最靠近成像面的所述透镜和成像面之间，所述棱镜设有至少两个反射面。示例性地，光学系统包括五个透镜时，棱镜位于第五透镜和成像面之间，光学系统包括六个透镜时，棱镜位于第六透镜和成像面之间。通过设置棱镜增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。棱镜能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1.0872<f/f1<2.983，f1为所述第一透镜的焦距。第一透镜提供一部分的正屈折力，能有效汇聚光线，缩短光学总长。如果f/f1≥2.983，则第一透镜的屈折力偏弱，导致光学系统的总长偏大；如果f/f1≤1.0872，则第一透镜的屈折力过强，容易产生较大的像差。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.827<SD11/ImgH<1.938，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半。通过限定SD11/ImgH的合适范围，使得第一透镜与光学系统最大视场角所对应的像高的一半的大小匹配，有利于摄像头模组潜望式的设计。如果SD11/ImgH≥1.938或SD11/ImgH≤0.827，则第一透镜的口径过大或过小，导致各透镜及成像面之间有较大的的段差，不利于透镜组装以及各透镜之间的承靠设计。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.119<CT1/TD<0.386，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。通过限定CT1/TD的范围，能够合理配置第一透镜于光轴上的厚度，确保第一透镜汇聚的光线能平缓的向像侧过度，减少了色差。如果CT1/TD≥0.386，则第一透镜于光轴上的厚度过大，缩减了后续透镜的配置空间；如果CT1/TD≤0.119，则第一透镜于光轴上的厚度太小，容易发生光线过度偏折的情况。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：2.051<|f5/R51|<175.468，f5为所述第五透镜的焦距，R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。通过限定|f5/R51|的范围，可以有效改善第一透镜至第四透镜产生的像差，提升解析力。如果|f5/R51|≥175.468，则第五透镜的屈折力偏小且第五透镜的物侧面过于弯曲，导致第五透镜难以有效的平衡第一透镜至第四透镜产生的轴上色差或者其他的像差；如果|f5/R51|≤2.051，则第五透镜的屈折力过强且第五透镜的物侧面过于平坦，这将导致第五透镜的像侧面过度弯曲，不利于光线向成像面平滑过渡。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.034<|R51-R52|/|R51+R52|<0.836，R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，R52为所述第五透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。通过限定|R51-R52|/|R51+R52|的合适范围，有利于修正第一透镜至第四透镜产生的像差，使得在垂直于光轴方向的屈折力配置均匀，有效修正第一透镜至第四透镜产生的畸变和像差，同时避免第五透镜过度弯曲，易于成型制造。如果|R51-R52|/|R51+R52|≥0.836或者|R51-R52|/|R51+R52|≤0.034，则第五透镜的物侧面和像侧面的面型差异较大，导致轴上色差扩大，从而影响光学系统整体的成像质量。
一种可能的实施方式中，所述光学系统包括五棱镜，所述五棱镜位于最靠近成像面的所述透镜与所述成像面之间，所述光学系统满足条件式：0.035<AT5/TD<0.217，AT5为所述第五透镜的像侧面至所述五棱镜的入光面于光轴上的距离，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。通过限定AT5/TD的合适范围，能有效缩减第五透镜与五棱镜的间距，使光学系统的结构更加紧凑，有效的缩短了横向空间，便于光学系统在便携式设备中的组装。如果AT5/TD≥0.217，则透镜之间过于紧密，容易导致透镜之间发生碰撞；如果AT5/TD≤0.035，则透镜之间间隔较大，不利于透镜组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<∑CT/∑AT<5.268，∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，∑AT为所述第一透镜至所述第五透镜中相邻的所述透镜之间于光轴上的空气间隔之和。通过限定∑CT/∑AT的合适范围，能有效缩短透镜与透镜之间的段差，且利于透镜的承靠设计，提高了光学系统的组装良率。如果∑CT/∑AT≥5.268，则透镜之间过于紧密，容易导致透镜之间发生碰撞；如果∑CT/∑AT≤1，则透镜之间间隔较大，不利于透镜组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.171<∑CT/TTL<0.292，∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。各透镜厚度和透镜之间间隙的合理设置将减小透镜成型和制造的难度，通过合理限定∑CT/TTL的范围，可保持各透镜于光轴上的厚度大小适当，且透镜间距合理，有效提升透镜结构紧凑性，利于透镜成型和组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：11.108<TTL/ImgH<14.164，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。ImgH决定了感光元件的大小，ImgH越大，可支持的感光元件的尺寸越大。通过限定TTL/ImgH的范围，可让光学系统支持高像素的感光元件；TTL的减小，可以压缩光学系统的总长，使光学系统易于实现超薄化、小型化。如果TTL/ImgH≥14.164，光学系统的总长过大，不利于小型化设计；如果TTL/ImgH≤11.108，光学系统的总长偏小，难以满足超长焦的光学设计。
第二方面，本申请提供一种摄像头模组，包括感光元件和前述任意一种实施方式所述的光学系统，所述感光元件位于所述光学系统的像侧。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括所述的摄像头模组。
通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力，及第一透镜的面型，及限定f*43/(2*ImgH)的范围，使得光学系统具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请第一实施例提供的光学系统的结构示意图；
图2是第一实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图3是本申请第二实施例提供的光学系统的结构示意图；
图4是第二实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图5是本申请第三实施例提供的光学系统的结构示意图；
图6是第三实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图7是本申请第四实施例提供的光学系统的结构示意图；
图8是第四实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图9是本申请第五实施例提供的光学系统的结构示意图；
图10是第五实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图11是本申请提供的光学系统应用在电子设备中的示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
本申请提供的一种光学系统包括五个透镜，五个透镜从物侧至像侧依序分布分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。
具体的，五片透镜的面型及屈折力如下：
第一透镜，具有正屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第二透镜，具有屈折力；第三透镜，具有屈折力；第四透镜，具有屈折力；第五透镜，具有屈折力。需要说明的是，第二透镜至第五透镜具有屈折力是指第二透镜至第五透镜既可以具有正屈折力也可以具有负屈折力。
所述光学系统满足以下条件式：189.679<f*43/(2*ImgH)<236.959，f为所述光学系统的焦距，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。
本申请通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力，及第一透镜的面型，及限定f*43/(2*ImgH)的范围，使得光学系统具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
具体地，通过限定f*43/(2*ImgH)的范围，可确保光学系统具有超长焦的特性，可实现背景虚化、远距离拍摄等功能。如果f*43/(2*ImgH)≥236.959，能够增强光学系统的长焦特性，但光学系统的总长也会增大，不利于光学系统的小型化设计，如果f*43/(2*ImgH)≤189.679，则不能满足光学系统超长焦的设计需求。
一种可能的实施方式中，所述光学系统包括棱镜，所述棱镜位于最靠近成像面的所述透镜和成像面之间，所述棱镜设有至少两个反射面。示例性地，光学系统包括五个透镜时，棱镜位于第五透镜和成像面之间，光学系统包括六个透镜时，棱镜位于第六透镜和成像面之间。通过设置棱镜增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。棱镜能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1.0872<f/f1<2.983，f1为所述第一透镜的焦距。第一透镜提供一部分的正屈折力，能有效汇聚光线，缩短光学总长。如果f/f1≥2.983，则第一透镜的屈折力偏弱，导致光学系统的总长偏大；如果f/f1≤1.0872，则第一透镜的屈折力过强，容易产生较大的像差。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.827<SD11/ImgH<1.938，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半。通过限定SD11/ImgH的合适范围，使得第一透镜与光学系统最大视场角所对应的像高的一半的大小匹配，有利于摄像头模组潜望式的设计。如果SD11/ImgH≥1.938或SD11/ImgH≤0.827，则第一透镜的口径过大或过小，导致各透镜及成像面之间有较大的的段差，不利于透镜组装以及各透镜之间的承靠设计。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.119<CT1/TD<0.386，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。通过限定CT1/TD的范围，能够合理配置第一透镜于光轴上的厚度，确保第一透镜汇聚的光线能平缓的向像侧过度，减少了色差。如果CT1/TD≥0.386，则第一透镜于光轴上的厚度过大，缩减了后续透镜的配置空间；如果CT1/TD≤0.119，则第一透镜于光轴上的厚度太小，容易发生光线过度偏折的情况。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：2.051<|f5/R51|<175.468，f5为所述第五透镜的焦距，R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。通过限定|f5/R51|的范围，可以有效改善第一透镜至第四透镜产生的像差，提升解析力。如果|f5/R51|≥175.468，则第五透镜的屈折力偏小且第五透镜的物侧面过于弯曲，导致第五透镜难以有效的平衡第一透镜至第四透镜产生的轴上色差或者其他的像差；如果|f5/R51|≤2.051，则第五透镜的屈折力过强且第五透镜的物侧面过于平坦，这将导致第五透镜的像侧面过度弯曲，不利于光线向成像面平滑过渡。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.034<|R51-R52|/|R51+R52|<0.836，R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，R52为所述第五透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。通过限定|R51-R52|/|R51+R52|的合适范围，有利于修正第一透镜至第四透镜产生的像差，使得在垂直于光轴方向的屈折力配置均匀，有效修正第一透镜至第四透镜产生的畸变和像差，同时避免第五透镜过度弯曲，易于成型制造。如果|R51-R52|/|R51+R52|≥0.836或者|R51-R52|/|R51+R52|≤0.034，则第五透镜的物侧面和像侧面的面型差异较大，导致轴上色差扩大，从而影响光学系统整体的成像质量。
一种可能的实施方式中，所述光学系统包括五棱镜，所述五棱镜位于最靠近成像面的所述透镜与所述成像面之间，所述光学系统满足条件式：0.035<AT5/TD<0.217，AT5为所述第五透镜的像侧面至所述五棱镜的入光面于光轴上的距离，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。通过限定AT5/TD的合适范围，能有效缩减第五透镜与五棱镜的间距，使光学系统的结构更加紧凑，有效的缩短了横向空间，便于光学系统在便携式设备中的组装。如果AT5/TD≥0.217，则透镜之间过于紧密，容易导致透镜之间发生碰撞；如果AT5/TD≤0.035，则透镜之间间隔较大，不利于透镜组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<∑CT/∑AT<5.268，∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，∑AT为所述第一透镜至所述第五透镜中相邻的所述透镜之间于光轴上的空气间隔之和。通过限定∑CT/∑AT的合适范围，能有效缩短透镜与透镜之间的段差，且利于透镜的承靠设计，提高了光学系统的组装良率。如果∑CT/∑AT≥5.268，则透镜之间过于紧密，容易导致透镜之间发生碰撞；如果∑CT/∑AT≤1，则透镜之间间隔较大，不利于透镜组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.171<∑CT/TTL<0.292，∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。各透镜厚度和透镜之间间隙的合理设置将减小透镜成型和制造的难度，通过合理限定∑CT/TTL的范围，可保持各透镜于光轴上的厚度大小适当，且透镜间距合理，有效提升透镜结构紧凑性，利于透镜成型和组装。
一种可能的实施方式中，所述光学系统满足条件式：11.108<TTL/ImgH<14.164，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。ImgH决定了感光元件的大小，ImgH越大，可支持的感光元件的尺寸越大。通过限定TTL/ImgH的范围，可让光学系统支持高像素的感光元件；TTL的减小，可以压缩光学系统的总长，使光学系统易于实现超薄化、小型化。如果TTL/ImgH≥14.164，光学系统的总长过大，不利于小型化设计；如果TTL/ImgH≤11.108，光学系统的总长偏小，难以满足超长焦的光学设计。
以下通过五个具体的实施例对本申请进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的光学系统中，从物侧到像侧依次为光阑STO、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、五棱镜P、红外滤光片IRCF。
第一透镜L1具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处凸面，并皆为非球面。
第二透镜L2具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S5于近光轴处为凸面，其物侧面S5于圆周处为凹面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处为凸面，其像侧面S8于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为凹面，其物侧面S9于圆周处均为凸面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第一透镜L1的物侧。
本实施例的棱镜可以为五棱镜P，五棱镜P结构简单、设置成本低。五棱镜P位于第五透镜L5之后，包括光入射面S11、第一反射面S12、第二反射面S13、光出射面S14。入射光线可以从第五透镜L5的像侧面S10射出并通过光入射面S11射入五棱镜P，并依次经过第一反射面S12和第二反射面S13反射，由光出射面S14射出至成像面S17。五棱镜P能够增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。五棱镜P能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。其他实施方式中也可以为四棱镜、六棱镜等。
红外滤光片IRCF设置在五棱镜P之后，包括物侧面S15和像侧面S16，红外滤光片IRCF用于过滤掉红外光线，使得射入成像面的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm，红外滤光片IRCF的材质为玻璃。
成像面S17为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
表1a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于光轴处的曲率半径，折射率和阿贝数的参考波长为587nm。
表1a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上的距离。
在本实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面，各非球面透镜的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
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。
表1b给出了可用于第一实施例中各非球面镜面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表1b
| 面序号 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 |
| K | 8.2945E-01 | 3.0154E+01 | 3.2579E+01 | 9.7234E+01 | 9.9000E+01 | 7.5423E+01 | -3.2059E+00 |
| A4 | 2.2561E-04 | 6.1931E-03 | 7.4514E-03 | 1.0425E-02 | 1.2301E-02 | 3.3128E-03 | -2.3136E-03 |
| A6 | -5.8706E-05 | -4.2434E-03 | -9.1829E-03 | -1.1121E-02 | -4.1389E-03 | 9.9053E-03 | 1.3012E-02 |
| A8 | 2.4261E-05 | 2.1749E-03 | 4.8356E-03 | 4.0776E-03 | -2.7847E-03 | -1.2673E-02 | -1.3523E-02 |
| A10 | -6.5536E-06 | -7.2267E-04 | -1.4533E-03 | -4.8545E-04 | 2.3574E-03 | 6.2267E-03 | 7.1053E-03 |
| A12 | 1.0845E-06 | 1.5864E-04 | 2.8778E-04 | -4.7254E-05 | -7.5074E-04 | -1.6770E-03 | -2.1369E-03 |
| A14 | -1.1164E-07 | -2.2980E-05 | -3.9644E-05 | 1.8559E-05 | 1.3124E-04 | 2.6889E-04 | 3.8273E-04 |
| A16 | 7.0495E-09 | 2.1090E-06 | 3.6835E-06 | -1.8334E-06 | -1.3359E-05 | -2.5619E-05 | -4.0290E-05 |
| A18 | -2.5127E-10 | -1.1076E-07 | -2.0495E-07 | 6.6971E-08 | 7.5134E-07 | 1.3403E-06 | 2.2914E-06 |
| A20 | 3.8813E-12 | 2.5310E-09 | 5.0798E-09 | -4.6691E-10 | -1.8334E-08 | -2.9675E-08 | -5.4035E-08 |
| 面序号 | S8 | S9 | S10 | S11 | S12 | S13 | S14 |
| K | 2.2696E+01 | -7.0615E+00 | -3.9704E+01 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A4 | 7.0653E-03 | 1.0584E-02 | 1.1718E-03 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A6 | -5.9914E-03 | -1.3632E-02 | -1.6325E-03 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A8 | 3.0032E-03 | 9.8942E-03 | 1.2491E-03 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A10 | -3.6875E-04 | -4.2168E-03 | -5.5266E-04 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A12 | -1.7509E-04 | 1.1232E-03 | 1.5548E-04 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A14 | 7.6326E-05 | -1.8740E-04 | -2.7483E-05 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A16 | -1.2708E-05 | 1.8886E-05 | 2.9357E-06 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A18 | 1.0112E-06 | -1.0433E-06 | -1.7237E-07 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
| A20 | -3.1759E-08 | 2.4114E-08 | 4.2617E-09 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 |
图2示出了第一实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、畸变曲线。其中，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由光学系统的各透镜后的会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，X表示弧矢方向，Y表示子午方向，像散曲线的参考波长为587.5618nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为587.5618nm。根据图2可知，第一实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例二
如图3所示，本实施例提供的光学系统中，从物侧到像侧依次为光阑STO、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、五棱镜P、红外滤光片IRCF。
第一透镜L1具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处凸面，并皆为非球面。
第二透镜L2具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为凹面，其物侧面S9于圆周处均为凸面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第一透镜L1的物侧。
本实施例的棱镜可以为五棱镜P，五棱镜P结构简单、设置成本低。五棱镜P位于第五透镜L5之后，包括光入射面S11、第一反射面S12、第二反射面S13、光出射面S14。入射光线可以从第五透镜L5的像侧面S10射出并通过光入射面S11射入五棱镜P，并依次经过第一反射面S12和第二反射面S13反射，由光出射面S14射出至成像面S17。五棱镜P能够增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。五棱镜P能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。其他实施方式中也可以为四棱镜、六棱镜等。
红外滤光片IRCF设置在五棱镜P之后，包括物侧面S15和像侧面S16，红外滤光片IRCF用于过滤掉红外光线，使得射入成像面的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm，红外滤光片IRCF的材质为玻璃。
成像面S17为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
表2a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于光轴处的曲率半径，折射率和阿贝数的参考波长为587nm。
表2a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上的距离。
表2b给出了可用于第二实施例中各非球面镜面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。
表2b
图4示出了第二实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、畸变曲线。其中，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由光学系统的各透镜后的会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，X表示弧矢方向，Y表示子午方向，像散曲线的参考波长为587.5618nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为587.5618nm。根据图4可知，第二实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例三
如图5所示，本实施例提供的光学系统中，从物侧到像侧依次为光阑STO、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、五棱镜P、红外滤光片IRCF。
第一透镜L1具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处凹面，并皆为非球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S5于近光轴处为凸面，其物侧面S5于圆周处为凹面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处为凹面，其物侧面S7于圆周处为凸面，其像侧面S8于近光轴处为凸面，其像侧面S8于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为凸面，其物侧面S9于圆周处均为凹面，其像侧面S10于近光轴处为凹面，其像侧面S10于圆周处为凸面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第一透镜L1的物侧。
本实施例的棱镜可以为五棱镜P，五棱镜P结构简单、设置成本低。五棱镜P位于第五透镜L5之后，包括光入射面S11、第一反射面S12、第二反射面S13、光出射面S14。入射光线可以从第五透镜L5的像侧面S10射出并通过光入射面S11射入五棱镜P，并依次经过第一反射面S12和第二反射面S13反射，由光出射面S14射出至成像面S17。五棱镜P能够增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。五棱镜P能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。其他实施方式中也可以为四棱镜、六棱镜等。
红外滤光片IRCF设置在五棱镜P之后，包括物侧面S15和像侧面S16，红外滤光片IRCF用于过滤掉红外光线，使得射入成像面的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm，红外滤光片IRCF的材质为玻璃。
成像面S17为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
表3a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于光轴处的曲率半径，折射率和阿贝数的参考波长为587nm。
表3a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上的距离。
表3b给出了可用于第三实施例中各非球面镜面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。
表3b
图6示出了第三实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、畸变曲线。其中，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由光学系统的各透镜后的会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，X表示弧矢方向，Y表示子午方向，像散曲线的参考波长为587.5618nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为587.5618nm。根据图6可知，第三实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例四
如图7所示，本实施例提供的光学系统中，从物侧到像侧依次为光阑STO、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、五棱镜P、红外滤光片IRCF。
第一透镜L1具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处凸面，并皆为非球面。
第二透镜L2具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第四透镜L4具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第一透镜L1的物侧。
本实施例的棱镜可以为五棱镜P，五棱镜P结构简单、设置成本低。五棱镜P位于第五透镜L5之后，包括光入射面S11、第一反射面S12、第二反射面S13、光出射面S14。入射光线可以从第五透镜L5的像侧面S10射出并通过光入射面S11射入五棱镜P，并依次经过第一反射面S12和第二反射面S13反射，由光出射面S14射出至成像面S17。五棱镜P能够增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。五棱镜P能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。其他实施方式中也可以为四棱镜、六棱镜等。
红外滤光片IRCF设置在五棱镜P之后，包括物侧面S15和像侧面S16，红外滤光片IRCF用于过滤掉红外光线，使得射入成像面的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm，红外滤光片IRCF的材质为玻璃。
成像面S17为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
表4a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于光轴处的曲率半径，折射率和阿贝数的参考波长为587nm。
表4a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上的距离。
表4b给出了可用于第四实施例中各非球面镜面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。
表4b
图8示出了第四实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、畸变曲线。其中，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由光学系统的各透镜后的会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，X表示弧矢方向，Y表示子午方向，像散曲线的参考波长为587.5618nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为587.5618nm。根据图8可知，第四实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例五
如图9所示，本实施例提供的光学系统中，从物侧到像侧依次为光阑STO、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、五棱镜P、红外滤光片IRCF。
第一透镜L1具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处凹面，并皆为非球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S4于近光轴处为凸面，其像侧面S4于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
第四透镜L4具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处和于圆周处均为凸面，其像侧面S10于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第一透镜L1的物侧。
本实施例的棱镜可以为五棱镜P，五棱镜P结构简单、设置成本低。五棱镜P位于第五透镜L5之后，包括光入射面S11、第一反射面S12、第二反射面S13、光出射面S14。入射光线可以从第五透镜L5的像侧面S10射出并通过光入射面S11射入五棱镜P，并依次经过第一反射面S12和第二反射面S13反射，由光出射面S14射出至成像面S17。五棱镜P能够增加光学系统的后焦，有利于满足光学系统超长焦的设计需求。五棱镜P能够改变光路的走向，有利于实现光学系统的小型化。其他实施方式中也可以为四棱镜、六棱镜等。
红外滤光片IRCF设置在五棱镜P之后，包括物侧面S15和像侧面S16，红外滤光片IRCF用于过滤掉红外光线，使得射入成像面的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm，红外滤光片IRCF的材质为玻璃。
成像面S17为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
表5a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于光轴处的曲率半径，折射率和阿贝数的参考波长为587nm。
表5a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上的距离。
表5b给出了可用于第五实施例中各非球面镜面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，其中，各非球面面型可由第一实施例中给出的公式限定。
表5b
图10示出了第五实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、畸变曲线。其中，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由光学系统的各透镜后的会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，X表示弧矢方向，Y表示子午方向，像散曲线的参考波长为587.5618nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为587.5618nm。根据图10可知，第五实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
需要说明的是，本申请的五个实施例中以五个透镜为例进行了描述，但是本申请提供的光学系统中的多个透镜包括但不限于第一透镜至第五透镜，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可以改变光学系统中透镜的数量，来获得本申请说明书中描述的效果。示例性的，本申请的光学系统还可以包括第六透镜、第七透镜等。
表6为第一实施例至第五实施例的光学系统的f*43/(2*ImgH)、f/f1、SD11/ImgH、CT1/TD、|f5/R51|、|R51-R52|/|R51+R52|、AT5/TD、∑CT/∑AT、∑CT/TTL、TTL/ImgH的值。
表6
| f*43/(2*ImgH) | f/f1 | SD11/ImgH | CT1/TD | |f5/R51| | |
| 第一实施例 | 216.4778 | 2.9835 | 0.9649 | 0.3865 | 5.1500 |
| 第二实施例 | 223.2638 | 2.9515 | 0.9895 | 0.1866 | 175.4688 |
| 第三实施例 | 236.9593 | 1.3235 | 1.0094 | 0.1199 | 7.3706 |
| 第四实施例 | 206.5945 | 2.3673 | 0.8272 | 0.1509 | 8.8329 |
| 第五实施例 | 189.6798 | 1.0872 | 0.8961 | 0.1918 | 2.0514 |
| |R51-R52|/|R51+R52| | AT5/TD | ∑CT/∑AT | ∑CT/TTL | TTL/ImgH | |
| 第一实施例 | 0.2775 | 0.0376 | 4.9728 | 0.2613 | 11.6715 |
| 第二实施例 | 0.0348 | 0.2176 | 1.6929 | 0.1716 | 12.0791 |
| 第三实施例 | 0.1045 | 0.0357 | 1.0092 | 0.2170 | 14.1642 |
| 第四实施例 | 0.1420 | 0.0435 | 1.7685 | 0.1822 | 11.1086 |
| 第五实施例 | 0.8363 | 0.0431 | 5.2682 | 0.2929 | 11.3715 |
由表6可见，各实施例均能满足：189.679<f*43/(2*ImgH)<236.959，1.0872<f/f1<2.983，0.827<SD11/ImgH<1.938，0.119<CT1/TD<0.386，2.051<|f5/R51|<175.468，1<∑CT/∑AT<5.268，0.034<|R51-R52|/|R51+R52|<0.836，0.171<∑CT/TTL<0.292，11.108<TTL/ImgH<14.164，0.035<AT5/TD<0.217。
参阅图11，本申请涉及的光学系统应用在电子设备30中的摄像头模组20。电子设备30可以为手机、平板电脑、无人机、计算机等设备。摄像头模组20的感光元件位于光学系统的像侧，摄像头模组20组装在电子设备30内部。
本申请提供一种摄像头模组，包括感光元件和本申请实施例提供的光学系统，感光元件位于光学系统的像侧，用于将穿过第一透镜至第五透镜且入射到电子感光元件上的光线转换成图像的电信号。电子感光元件可以为互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。通过在摄像头模组内安装该光学系统，使摄像头模组具有超长焦的特征，能够满足远距离拍摄需求且能够实现背景虚化。
本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括本申请实施例提供的摄像头模组。该电子设备可以为手机、平板电脑、无人机、计算机等。通过在电子设备内安装该摄像头模组，能够满足电子设备的远距离拍摄需求。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
Claims (13)
1.一种光学系统，其特征在于，包括多个透镜，所述多个透镜包括从物侧至像侧依次排布的：
第一透镜，具有正屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面；
第二透镜，具有屈折力；
第三透镜，具有屈折力；
第四透镜，具有屈折力；
第五透镜，具有屈折力；
所述光学系统满足以下条件式：
189.679<f*43/(2*ImgH)<236.959，
f为所述光学系统的焦距，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括棱镜，所述棱镜位于最靠近成像面的所述透镜和所述成像面之间，所述棱镜设有至少两个反射面。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
1.0872<f/f1<2.983，
f1为所述第一透镜的焦距。
4.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
0.827<SD11/ImgH<1.938，
SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半。
5.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
0.119<CT1/TD<0.386，
CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。
6.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
2.051<|f5/R51|<175.468，
f5为所述第五透镜的焦距，R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。
7.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
0.034<|R51-R52|/|R51+R52|<0.836，
R51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，R52为所述第五透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。
8.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括五棱镜，所述五棱镜位于最靠近成像面的所述透镜与所述成像面之间，所述光学系统满足条件式：
0.035<AT5/TD<0.217，
AT5为所述第五透镜的像侧面至所述五棱镜的入光面于光轴上的距离，TD为第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面于光轴上的距离。
9.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
1<∑CT/∑AT<5.268，
∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，∑AT为所述第一透镜至所述第五透镜中相邻的所述透镜之间于光轴上的空气间隔之和。
10.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
0.171<∑CT/TTL<0.292，
∑CT为所述第一透镜至所述第五透镜于光轴上的厚度之和，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。
11.根据权利要求1-10任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
11.108<TTL/ImgH<14.164，
TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离。
12.一种摄像头模组，其特征在于，包括感光元件和如权利要求1至11任一项所述的光学系统，所述感光元件位于所述光学系统的像侧。
13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的摄像头模组。
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