CN113759507A - 光学系统、镜头模组和电子设备 - Google Patents
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Abstract
一种光学系统、镜头模组和电子设备，光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包含：具有屈折力的第一透镜至第七透镜，其中，第一透镜和第六透镜具有负屈折力，第五透镜具有正屈折力。第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第三透镜的像侧面和第四透镜的物侧面于近光轴处均为凸面；第五透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第六透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凹面；光学系统满足关系式：1<f14/f<2.5；其中，f14为第一透镜至第四透镜的组合焦距，f为光学系统的有效焦距。通过对光学系统的面型和屈折力进行合理设计，并使其满足上述关系式，使得光学系统能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时实现小型化。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统、镜头模组和电子设备。
背景技术
随着车载行业的发展，ADAS(Advanced Driver Assistant System，高级驾驶辅助系统)、行车记录仪、倒车影像等车载用摄像头的技术要求越来越高。不仅要求小型化，像素像质的要求也越来越高。
现有的车载摄像头难以同时满足大角度范围的拍摄及清晰成像，从而难以实时准确地做出预警，进而导致驾驶风险的存在。为获得较大的视场角，广角镜头往往采用多个透镜配合组装而成，使得广角镜头的尺寸较大从而无法实现镜头的小型化。因此，如何在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时实现镜头的小型化已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学系统、镜头模组和电子设备，能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时，实现镜头的小型化。
为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有负屈折力，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有屈折力；第三透镜，具有屈折力，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第四透镜，具有屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第六透镜，具有负屈折力，所述第六透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凹面；第七透镜，具有屈折力；所述光学系统满足关系式：1<f14/f<2.5；其中，f14为所述第一透镜至所述第四透镜的组合焦距，f为所述光学系统的有效焦距。
所述第一透镜具有负屈折力，有利于大角度光线进入光学系统，扩大光学系统的视场范围，搭配于光轴处为凹面的像侧面，进一步提升光学系统的视场范围；所述第一透镜至所述第四透镜组合而成的前透镜组内各透镜通过正负屈折力的组合，可互相校正相差，提升解像力，从而获得高品质成像装置；所述第五透镜采用双凸面型，为光学系统提供了较强的正屈折力，有利于平衡前透镜组产生的朝负方向的像差，有助于缩短光学系统总长。通过合理分配每个镜片的光焦度，可有效降低每个镜片的敏感度，方便镜头组装，让量产更为方便；更有利于矫正像差，MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)曲线更为集中平滑，提升成像清晰度。通过控制所述第一透镜至所述第四透镜的组合焦距与所述光学系统的有效焦距的关系，有利于控制所述光学系统前透镜组对光束的汇聚，以使大角度视场光线射入光学系统，确保所述光学系统的广角化。超过关系式上限，前透镜组的曲折力过强，大角度边缘视场易产生较严重的像散，降低边缘解析力；低于关系式下限，则前透镜组曲折力不足，不利于所述光学系统的广角化。
一种实施方式中，所述光学系统中至少有两枚透镜满足关系式：Vd<30；其中，Vd为所述透镜在参考波长为587.56nm下的阿贝数。通过使所述光学系统中至少有一枚透镜的阿贝数小于25，可以使得玻璃系数图中，阿贝数离图上曲线较远，从而有利于更好的校正色差，提高成像质量。
一种实施方式中，所述第五透镜和所述第六透镜胶合，并满足关系式：3<f56/f<10；其中，f56为所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距。通过使用具有一正一负屈折力的两个透镜相胶合的结构，有利于像差的相互校正。超过关系式的上限，所述胶合透镜组合的屈折力过小，易产生较大的边缘像差以及色差，不利于提高分辨性能；低于关系式的下限，所述第五透镜和所述第六透镜的整体屈折力过强，使得透镜组易产生较严重的像散现象，不利于成像品质的提升。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-14.5<f1/CT1<-9；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。满足上述关系式，可以通过合理的搭配所述第一透镜的厚度与所述第一透镜的焦距的关系，降低所述第一透镜中心厚度的公差敏感度，降低单透镜的加工工艺难度，有利于提升镜头组的组装良率，进一步的降低生产成本。低于关系式下限，所述光学系统对于所述第一透镜的厚度过于敏感，单透镜的加工很难满足所需的公差要求，从而降低透镜组的组装良率，不利于生产低成本；超过关系式上限，在满足光学性能的前提下，所述第一透镜厚度过大，不利于实现所述光学系统的轻量化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2.2<CT3/|Sags5|<5.2；其中，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，Sags5为所述第三透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高(即所述第三透镜物侧面最大有效通光孔径处至镜片中心点平行于光轴的距离)。通过控制所述第三透镜的厚度与所述第三透镜物侧面矢高值的比值关系，可以避免所述第三透镜的厚度过大或物侧面过于弯曲而增加了镜片制造难度，从而降低生产成本。低于条件式下限，所述第三透镜物侧面过于弯曲，镜片加工难度增大，则增加镜片的生产成本；同时，表面过于弯曲，易产生边缘像差，不利于所述光学系统像质的提升。超过条件式的上限，所述第三透镜厚度值过大，不利于所述光学系统的轻量化和小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：70deg<(FOV*f)/Imgh*2<75deg；其中，FOV为所述光学系统的最大视场角，Imgh为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半，deg为角度单位。满足上述关系式，有利于所述光学系统保持良好的光学性能，实现光学系统高像素的特征，能够很好的捕捉被摄物体的细节。同时，也有利于所述光学系统在获得较大的视场角的同时，减小出射光线的偏折角度，从而减轻暗角、抑制畸变。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1<DOS/EPL<2；其中，所述光学系统还包括光阑，所述光阑位于所述第四透镜和所述第五透镜之间，DOS为所述第一透镜物侧面至所述光阑于光轴上的距离，EPL为所述光阑至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。满足上述关系式，透镜的厚度和透镜之间的间距得到合理设置，有利于大角度光线束射入所述光学系统，提高了所述光学系统的物空间成像范围，有利于实现广角化。超过关系式上限，所述光阑与所述光学系统成像面距离太近，从而影响电子感光元件的感光敏感度；低于关系式下限，前透镜组于光轴上的距离过小，易导致透镜的厚度过小或透镜之间的间距过小，不利于镜片的制造和组装。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1<Sags7/|Sags8|<16.5；其中，Sags7为所述第四透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高(即所述第四透镜物侧面最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点平行于光轴的距离)，Sags8为所述第四透镜像侧面最大有效通光孔径处的矢高(即所述第四透镜像侧面最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点平行于光轴的距离)。满足上述关系式，所述第四透镜的物侧面和像侧面不会过于弯曲，边缘光线可平滑通光，有利于校正所述光学系统的边缘像差，抑制像散的产生。同时，有利于控制所述第四透镜的形状，避免透镜表面过于弯曲，不利于镜片的加工工艺。超出关系式范围，则不利于所述光学系统像差的校正。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：f/EPD≤1.5；其中，EPD为所述光学系统的入瞳直径。通过参数的设定控制所述光学系统的进光量和光圈数,使光学系统具有大光圈的效果以及较远的景深范围，有利于增加进入所述光学系统的光线数，提高成像的明亮度，获得清晰的图像。
第二方面，本发明还提供了一种镜头模组，该镜头模组包括镜筒、感光元件和第一方面任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统的所述第一透镜至所述第七透镜安装在所述镜筒内，所述感光元件设于所述光学系统的像侧。通过在镜头模组中加入本发明提供的光学系统，能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时实现镜头模组的小型化。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和第二方面所述的镜头模组，所述镜头模组设置在所述壳体内。通过在电子设备中加入本发明提供的镜头模组，能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时，满足电子设备小型化的设计需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是第一实施例的光学系统的结构示意图；
图2是第一实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图3是第二实施例的光学系统的结构示意图；
图4是第二实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图5是第三实施例的光学系统的结构示意图；
图6是第三实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图7是第四实施例的光学系统的结构示意图；
图8是第四实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图9是第五实施例的光学系统的结构示意图；
图10是第五实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包含：沿光轴方向由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有负屈折力，第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有屈折力；第三透镜，具有屈折力，第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第四透镜，具有屈折力，第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第五透镜，具有正屈折力，第五透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第六透镜，具有负屈折力，第六透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凹面；第七透镜，具有屈折力；光学系统满足关系式：1<f14/f<2.5；其中，f14为第一透镜至第四透镜的组合焦距，f为光学系统的有效焦距。
第一透镜具有负屈折力，有利于大角度光线进入光学系统，扩大光学系统的视场范围，搭配于光轴处为凹面的像侧面，进一步提升光学系统的视场范围；第一透镜至第四透镜组合而成的前透镜组内各透镜通过正负屈折力的组合，可互相校正相差，提升解像力，从而获得高品质成像装置；第五透镜采用双凸面型，为光学系统提供了较强的正屈折力，有利于平衡前透镜组产生的朝负方向的像差，有助于缩短光学系统总长。通过合理分配每个镜片的光焦度，可有效降低每个镜片的敏感度，方便镜头组装，让量产更为方便；更有利于矫正像差，MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)曲线更为集中平滑，提升成像清晰度。通过控制第一透镜至第四透镜的组合焦距与光学系统的有效焦距的关系，有利于控制光学系统前透镜组对光束的汇聚，以使大角度视场光线射入光学系统，确保光学系统的广角化。超过关系式上限，前透镜组的曲折力过强，大角度边缘视场易产生较严重的像散，降低边缘解析力；低于关系式下限，则前透镜组曲折力不足，不利于光学系统的广角化。
一种实施方式中，光学系统中至少有两枚透镜满足关系式：Vd<30；其中，Vd为透镜在参考波长为587.56nm下的阿贝数。通过使光学系统中至少有一枚透镜的阿贝数小于25，可以使得玻璃系数图中，阿贝数离图上曲线较远，从而有利于更好的校正色差，提高成像质量。
一种实施方式中，第五透镜和所述第六透镜胶合，并满足关系式：3<f56/f<10；其中，f56为第五透镜和第六透镜的组合焦距。通过使用具有一正一负屈折力的两个透镜相胶合的结构，有利于像差的相互校正。超过关系式的上限，胶合透镜组合的屈折力过小，易产生较大的边缘像差以及色差，不利于提高分辨性能；低于关系式的下限，第五透镜和第六透镜的整体屈折力过强，使得透镜组易产生较严重的像散现象，不利于成像品质的提升。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：-14.5<f1/CT1<-9；其中，f1为第一透镜的有效焦距，CT1为第一透镜于光轴上的厚度。满足上述关系式，可以通过合理的搭配第一透镜的厚度与第一透镜的焦距的关系，降低第一透镜中心厚度的公差敏感度，降低单透镜的加工工艺难度，有利于提升镜头组的组装良率，进一步的降低生产成本。低于关系式下限，光学系统对于第一透镜的厚度过于敏感，单透镜的加工很难满足所需的公差要求，从而降低透镜组的组装良率，不利于生产低成本；超过关系式上限，在满足光学性能的前提下，第一透镜厚度过大，不利于实现光学系统的轻量化。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：2.2<CT3/|Sags5|<5.2；其中，CT3为第三透镜于光轴上的厚度，Sags5为第三透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高(即第三透镜物侧面最大有效通光孔径处至第四透镜与光轴的交点平行于光轴的距离)。通过控制第三透镜的厚度与第三透镜物侧面矢高值的比值关系，可以避免第三透镜的厚度过大或物侧面过于弯曲而增加了镜片制造难度，从而降低生产成本。低于条件式下限，第三透镜物侧面过于弯曲，镜片加工难度增大，则增加镜片的生产成本；同时，表面过于弯曲，易产生边缘像差，不利于光学系统像质的提升。超过条件式的上限，第三透镜厚度值过大，不利于光学系统的轻量化和小型化。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：70deg<(FOV*f)/Imgh*2<75deg；其中，FOV为光学系统的最大视场角，Imgh为光学系统最大视场角所对应的像高的一半，deg为角度单位。满足上述关系式，有利于光学系统保持良好的光学性能，实现光学系统高像素的特征，能够很好的捕捉被摄物体的细节。同时，也有利于光学系统在获得较大的视场角的同时，减小出射光线的偏折角度，从而减轻暗角、抑制畸变。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1<DOS/EPL<2；其中，光学系统还包括光阑，光阑位于第四透镜和第五透镜之间，DOS为第一透镜物侧面至光阑于光轴上的距离，EPL为光阑至光学系统的成像面于光轴上的距离。满足上述关系式，透镜的厚度和透镜之间的间距得到合理设置，有利于大角度光线束射入光学系统，提高了光学系统的物空间成像范围，有利于实现广角化。超过关系式上限，光阑与光学系统成像面距离太近，从而影响电子感光元件的感光敏感度；低于关系式下限，前透镜组于光轴上的距离过小，易导致透镜的厚度过小或透镜之间的间距过小，不利于镜片的制造和组装。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1<Sags7/|Sags8|<16.5；其中，Sags7为第四透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高(即第四透镜物侧面最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点平行于光轴的距离)，Sags8为第四透镜像侧面最大有效通光孔径处的矢高(即第四透镜像侧面最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点平行于光轴的距离)。满足上述关系式，第四透镜的物侧面和像侧面不会过于弯曲，边缘光线可平滑通光，有利于校正光学系统的边缘像差，抑制像散的产生。同时，有利于控制第四透镜的形状，避免透镜表面过于弯曲，不利于镜片的加工工艺。超出关系式范围，则不利于光学系统像差的校正。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：f/EPD≤1.5；其中，EPD为光学系统的入瞳直径。通过参数的设定控制光学系统的进光量和光圈数,使光学系统具有大光圈的效果以及较远的景深范围，有利于增加进入光学系统的光线数，提高成像的明亮度，获得清晰的图像。
本发明还提供了一种镜头模组，该镜头模组包括镜筒、感光元件和本发明实施例提供的光学系统，光学系统的第一透镜至第七透镜安装在镜筒内，感光元件设于光学系统的像侧。进一步的，感光元件为电子感光元件，电子感光元件的感光面位于光学系统的成像面，穿过透镜入射到电子感光元件的感光面上的物的光线可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(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。通过在镜头模组中加入本发明提供的光学系统，能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时实现镜头的小型化。
本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和本发明实施例提供的镜头模组，镜头模组设置在壳体内。该电子设备可以是自动巡航、行车记录仪、倒车影像等汽车驾驶辅助摄像头，也可以是集成在数码相机、各种视讯装置上的成像模块。通过在电子设备中加入本发明提供的镜头模组，能够在满足大角度范围的拍摄以及清晰成像的同时，满足电子设备小型化的设计需求。
第一实施例
请参考图1和图2，本实施例的光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有负屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为平面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9和像侧面S10于近光轴处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6与第五透镜L5胶合，因此第五透镜L5的像侧面S10与第六透镜L6的物侧面重合，本实施例以及其他实施例中，第六透镜L6的物侧面仍用S10表示，第六透镜L6的物侧面S10和像侧面S11于近光轴处为凹面。
第七透镜L7，具有正屈折力，第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于近光轴处为凸面。
上述第一透镜L1至第七透镜L7的材质可以为塑料、玻璃或者玻塑混合材料。
此外，本实施例中光阑STO置于第四透镜L4和第五透镜L5之间，其他实施例中，光阑STO还可设置于任意两片透镜之间或者任意透镜表面。光学系统还包括红外截止滤光片IR和成像面IMG。红外截止滤光片IR设置在第七透镜L7的像侧面S13和成像面IMG之间，其包括物侧面S14和像侧面S15，红外截止滤光片IR用于过滤掉红外光线，使得射入成像面IMG的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm。红外截止滤光片IR的材质为玻璃，并可在玻璃上镀膜，如具有滤光作用的盖板玻璃，或者，还可以为直接用滤光片封装裸片形成的COB(Chips on Board)等。电子感光元件的有效像素区域位于成像面IMG。
表1a示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，焦距、材料折射率和阿贝数均由参考波长为587.5618nm的可见光获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，其中厚度数值的正负仅代表方向，Y半径为透镜相应表面于光轴处的曲率半径，透镜于“厚度”参数列中的第一个数值的绝对值为该透镜的像侧面至后一表面(透镜物侧面或光阑面)于光轴上的距离。
表1a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
在本实施例中，非球面的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，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。表1b给出了可用于第一实施例中的非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表1b
| 面序号 | S3 | S4 | S5 | S6 | S12 | S13 |
| K | -7.429E-03 | -1.277E+00 | -8.246E+00 | 1.220E+00 | 9.300E+01 | 9.300E+01 |
| A4 | 1.928E-03 | 2.477E-04 | -4.569E-04 | 4.382E-05 | -2.911E-03 | -1.642E-03 |
| A6 | 7.745E-05 | 3.289E-06 | 4.101E-06 | -1.610E-06 | -1.693E-04 | -3.034E-04 |
| A8 | -2.002E-07 | 6.943E-07 | -5.855E-08 | 9.852E-08 | 8.077E-05 | 7.989E-05 |
| A10 | -2.003E-09 | -1.609E-08 | -1.430E-10 | -2.464E-09 | -5.278E-06 | -7.327E-06 |
| A12 | 2.987E-16 | 1.031E-12 | -5.384E-11 | 3.289E-11 | 3.930E-07 | 5.137E-07 |
| A14 | 1.699E-19 | -1.597E-19 | 1.131E-18 | -1.608E-17 | -9.902E-09 | -1.899E-08 |
| A16 | -3.573E-21 | 1.900E-22 | 2.411E-21 | 7.338E-21 | 0.000E+00 | 2.975E-10 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A20 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
图2中(a)示出了第一实施例的光学系统在波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm的纵向球差曲线图，其中，沿X轴方向的横坐标表示焦点偏移，沿Y轴方向的纵坐标表示归一化视场，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。由图2中(a)可以看出，第一实施例中的光学系统的球差数值较佳，说明本实施例中的光学系统的成像质量较好。
图2中(b)还示出了第一实施例的光学系统在波长为587.5618nm时的像散曲线图，其中，沿X轴方向的横坐标表示焦点偏移，沿Y轴方向的纵坐标表示像高，其单位为mm。像散曲线表示子午成像面弯曲T和弧矢成像面弯曲S。由图2中(b)可以看出，光学系统的像散得到了很好的补偿。
图2中(c)还示出了第一实施例的光学系统在波长为587.5618nm时的畸变曲线。其中，沿X轴方向的横坐标表示焦点偏移，沿Y轴方向的纵坐标表示像高，畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。由图2中(c)可以看出，在波长为587.5618nm下，光学系统的畸变得到了很好的矫正。
由图2中(a)、(b)和(c)可以看出，本实施例的光学系统的像差较小、成像质量较好，具有良好的成像品质。
第二实施例
请参考图3和图4，本实施例的光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有负屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为平面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9和像侧面于近光轴处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S10和像侧面S11于近光轴处为凹面。
第七透镜L7，具有正屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于近光轴处为凹面，像侧面S13于近光轴处为凸面。
第二实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表2a示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，焦距、材料折射率和阿贝数均由参考波长为587.5618nm的可见光获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，其中厚度数值的正负仅代表方向，Y半径为透镜相应表面于光轴处的曲率半径，透镜于“厚度”参数列中的第一个数值的绝对值为该透镜的像侧面至后一表面(透镜物侧面或光阑面)于光轴上的距离，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。
表2a
在本实施例中，表2b给出了可用于第二实施例中各非球面镜面的高次项系数，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
| 面序号 | S3 | S4 | S5 | S6 | S12 | S13 |
| K | -1.501E+00 | -7.328E+00 | 1.768E+00 | 4.427E+00 | -1.000E+01 | 9.300E+01 |
| A4 | -4.768E-05 | -8.894E-04 | -8.396E-05 | 1.706E-06 | -6.096E-03 | -8.615E-04 |
| A6 | -3.427E-05 | 2.424E-06 | -4.994E-06 | -2.773E-06 | -8.261E-04 | -6.027E-04 |
| A8 | 2.116E-08 | -1.279E-09 | -3.042E-08 | 1.886E-07 | 1.826E-05 | 9.294E-05 |
| A10 | 3.262E-09 | 1.419E-09 | 4.459E-10 | -7.597E-09 | -5.269E-06 | -3.161E-05 |
| A12 | 1.985E-18 | -1.120E-11 | -5.824E-11 | 1.005E-10 | 3.676E-07 | 5.111E-07 |
| A14 | 1.379E-21 | 1.012E-21 | -7.588E-15 | -2.474E-14 | -9.901E-09 | -1.586E-08 |
| A16 | 2.471E-24 | 1.953E-24 | 2.942E-24 | 1.453E-24 | 0.000E+00 | 2.947E-10 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A20 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
图4示出了第二实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线，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；像散曲线表示子午成像面弯曲和弧矢成像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。由图4中的像差图可知，光学系统的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学系统拥有良好的成像品质。
第三实施例
请参考图5和图6，本实施例的光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有负屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为平面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7和像侧面S8于近光轴处均为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9和像侧面于近光轴处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S10和像侧面S11于近光轴处为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于近光轴处为凹面，像侧面S13于近光轴处为凸面。
第三实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表3a示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，焦距、材料折射率和阿贝数均由参考波长为587.5618nm的可见光获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，其中厚度数值的正负仅代表方向，Y半径为透镜相应表面于光轴处的曲率半径，透镜于“厚度”参数列中的第一个数值的绝对值为该透镜的像侧面至后一表面(透镜物侧面或光阑面)于光轴上的距离，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。
表3a
表3b给出了可用于第三实施例中各非球面镜面的高次项系数，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、像散曲线和畸变曲线，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；像散曲线表示子午成像面弯曲和弧矢成像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。由图6中的像差图可知，光学系统的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学系统拥有良好的成像品质。
第四实施例
请参考图7和图8，本实施例的光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有负屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为平面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9和像侧面于近光轴处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S10和像侧面S11于近光轴处为凹面。
第七透镜L7，具有正屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于近光轴处为凸面，像侧面S13于近光轴处为凹面。
第四实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表4a示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，焦距、材料折射率和阿贝数均由参考波长为587.5618nm的可见光获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，其中厚度数值的正负仅代表方向，Y半径为透镜相应表面于光轴处的曲率半径，透镜于“厚度”参数列中的第一个数值的绝对值为该透镜的像侧面至后一表面(透镜物侧面或光阑面)于光轴上的距离，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。
表4a
表4b给出了可用于第四实施例中各非球面镜面的高次项系数，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
| 面序号 | S3 | S4 | S5 | S6 | S12 | S13 |
| K | -7.221E-01 | -1.520E+00 | 2.019E+00 | 2.375E-01 | 5.173E+11 | -9.900E+01 |
| A4 | 7.880E-04 | 7.278E-04 | 3.653E-04 | 7.828E-05 | -2.412E-03 | -1.894E-03 |
| A6 | -1.212E-05 | -7.527E-05 | -7.338E-05 | -7.754E-07 | -1.728E-04 | -3.485E-04 |
| A8 | 7.725E-07 | 8.247E-07 | 6.286E-07 | 4.537E-08 | 3.760E-05 | 6.434E-05 |
| A10 | -1.401E-08 | -1.863E-08 | -1.394E-08 | -1.034E-09 | -5.470E-06 | -7.437E-06 |
| A12 | -1.537E-18 | 1.035E-12 | -5.487E-11 | 1.265E-11 | 3.643E-07 | 5.105E-07 |
| A14 | 1.885E-21 | 1.639E-21 | -7.825E-21 | -1.547E-17 | -9.902E-09 | -1.899E-08 |
| A16 | 4.133E-24 | 4.072E-24 | 2.959E-24 | 3.621E-24 | 0.000E+00 | 2.947E-10 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A20 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
图8示出了第四实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线，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；像散曲线表示子午成像面弯曲和弧矢成像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。由图8中的像差图可知，光学系统的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学系统拥有良好的成像品质。
第五实施例
请参考图9和图10，本实施例的光学系统，沿光轴方向由物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有负屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，像侧面S4于近光轴处为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9和像侧面于近光轴处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S10和像侧面S11于近光轴处为凹面。
第七透镜L7，具有正屈折力，第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于近光轴处为凸面。
第五实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表5a示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，焦距、材料折射率和阿贝数均由参考波长为587.5618nm的可见光获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，其中厚度数值的正负仅代表方向，Y半径为透镜相应表面于光轴处的曲率半径，透镜于“厚度”参数列中的第一个数值的绝对值为该透镜的像侧面至后一表面(透镜物侧面或光阑面)于光轴上的距离，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。
表5a
表5b给出了可用于第五实施例中各非球面镜面的高次项系数，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
| 面序号 | S3 | S4 | S12 | S13 |
| K | -1.409E+00 | -6.756E-01 | 4.099E+00 | 9.900E+01 |
| A4 | -1.439E-04 | -5.953E-04 | -3.499E-02 | -9.146E-04 |
| A6 | -1.794E-05 | -1.230E-05 | -8.696E-04 | -2.968E-04 |
| A8 | 2.268E-06 | 4.918E-06 | 1.870E-04 | 6.190E-05 |
| A10 | -2.223E-08 | -4.841E-08 | -4.056E-06 | -7.340E-06 |
| A12 | -5.910E-21 | 1.023E-21 | 3.217E-07 | 5.105E-07 |
| A14 | 6.916E-25 | 3.271E-25 | -9.902E-09 | -1.899E-08 |
| A16 | 4.794E-28 | 6.872E-28 | 0.000E+00 | 2.947E-10 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A20 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
图10示出了第五实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线，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；像散曲线表示子午成像面弯曲和弧矢成像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。由图10中的像差图可知，光学系统的纵向球差、场曲和畸变均得到良好的控制，从而该实施例的光学系统拥有良好的成像品质。
表6示出了第一实施例至第五实施例的光学系统中f14/f、f56/f、f1/CT1、CT3/|Sags5|、(FOV*f)/Imgh*2、DOS/EPL、Sags7/|Sags8|、f/EPD的值。
表6
| f14/f | f56/f | f1/CT1 | CT3/|Sags5| | |
| 第一实施例 | 1.645 | 7.784 | -10.915 | 4.425 |
| 第二实施例 | 2.320 | 3.084 | -9.452 | 3.467 |
| 第三实施例 | 1.761 | 4.116 | -11.668 | 2.500 |
| 第四实施例 | 1.490 | 9.910 | -11.108 | 5.179 |
| 第五实施例 | 2.067 | 8.185 | -14.142 | 4.459 |
| (FOV*f)/Imgh*2(deg) | DOS/EPL | Sags7/|Sags8| | f/EPD | |
| 第一实施例 | 73.415 | 1.775 | 16.496 | 1.460 |
| 第二实施例 | 73.415 | 1.537 | 1.138 | 1.460 |
| 第三实施例 | 73.415 | 1.769 | 3.681 | 1.460 |
| 第四实施例 | 73.354 | 1.782 | 4.365 | 1.460 |
| 第五实施例 | 73.415 | 1.349 | 5.546 | 1.460 |
由表6可知，第一实施例至第五实施例的光学系统均满足下列关系式：1<f14/f<2.5、3<f56/f<10、-14.5<f1/CT1<-9、2.2<CT3/|Sags5|<5.2、70deg<(FOV*f)/Imgh*2<75deg、1<DOS/EPL<2、1<Sags7/|Sags8|<16.5、f/EPD≤1.5。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种光学系统，其特征在于，沿光轴由物侧至像侧依次包含：
第一透镜，具有负屈折力，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
第二透镜，具有屈折力；
第三透镜，具有屈折力，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
第四透镜，具有屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面；
第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；
第六透镜，具有负屈折力，所述第六透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凹面；
第七透镜，具有屈折力；
所述光学系统满足关系式：
1<f14/f<2.5；
其中，f14为所述第一透镜至所述第四透镜的组合焦距，f为所述光学系统的有效焦距。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少有两枚透镜满足关系式：Vd<30；
其中，Vd为所述透镜在参考波长为587.56nm下的阿贝数。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第五透镜和所述第六透镜胶合，并满足关系式：3<f56/f<10；
其中，f56为所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
-14.5<f1/CT1<-9；
其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。
5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
2.2<CT3/|Sags5|<5.2；
其中，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，Sags5为所述第三透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高。
6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
70deg<(FOV*f)/Imgh*2<75deg；
其中，FOV为所述光学系统的最大视场角，Imgh为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半，deg为角度单位。
7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
1<DOS/EPL<2；
其中，所述光学系统还包括光阑，所述光阑位于所述第四透镜和所述第五透镜之间，DOS为所述第一透镜物侧面至所述光阑于光轴上的距离，EPL为所述光阑至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。
8.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
1<Sags7/|Sags8|<16.5；
f/EPD≤1.5；
其中，Sags7为所述第四透镜物侧面最大有效通光孔径处的矢高，Sags8为所述第四透镜像侧面最大有效通光孔径处的矢高，EPD为所述光学系统的入瞳直径。
9.一种镜头模组，其特征在于，包括镜筒、感光元件和如权利要求1至8任一项所述的光学系统，所述光学系统的所述第一透镜至所述第七透镜安装在所述镜筒内，所述感光元件设于所述光学系统的像侧。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和如权利要求9所述的镜头模组，所述镜头模组设置在所述壳体内。
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- 2021-09-14 CN CN202111073907.7A patent/CN113759507B/zh active Active
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