CN113759529B - 光学系统、镜头模组和电子设备 - Google Patents

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四透镜，且第一透镜和第三透镜具有负屈折力，第二透镜和第四透镜具有正屈折力。第一透镜的物侧面和第四透镜的像侧面于近光轴处均为凸面，第一透镜的像侧面和第三透镜的物侧面于近光轴处均为凹面，第一透镜的物侧设置有调焦组件。第一透镜和第四透镜固定，第二透镜和第三透镜移动，使所述光学系统在短焦端、中焦端和长焦端之间变换。通过对光学系统各透镜的面型和屈折力进行合理设计，有利于大范围变焦，成像清晰和实现小型化。

Description

光学系统、镜头模组和电子设备

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

随着移动电子装置的广泛普及，搭载摄像镜头的便携式信息终端得到了快速发展，如数码相机、智能手机、笔记本电脑、平板电脑等。传统的变焦系统多用于数码相机或者摄像机中，具有高品质的成像效果和高变焦比率的特点，但体积较大且响应时间较长。因此，在大范围变焦的基础上，缩短光学系统的总长实现小型化，开发出一种具有小型化取像单元的微型照相系统，成为当前领域所关注的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学系统，具有大范围变焦、成像清晰和小型化的特点。

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，沿光轴方向的物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有负屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有正屈折力；第三透镜，具有负屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面；第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凸面。所述第一透镜的物侧设置有调焦组件，所述调焦组件包括调焦层，所述调焦层的曲率半径可调，所述第一透镜和所述第四透镜固定，所述第二透镜和所述第三透镜相对固定，并共同在所述光轴上移动；所述光学系统满足关系式：1<|Rc/Rd|<15；其中，Rc为所述光学系统处于长焦端时所述调焦组件的曲率半径，Rd为所述光学系统处于短焦端时所述调焦组件的曲率半径。

在光学系统中，调焦组件可以通过改变曲率半径的大小修正像差，如正像面弯曲，使各角度的入射光聚焦像面。通过使第一透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧面突出的弯月形面型，有利于大角度光线进入光学系统，保证光学系统具有较大的视场范围；通过使第二透镜具有正屈折力，有利于矫正第一透镜产生的朝负方向的球差，提高成像质量；通过使第三透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧面凹入的面型，加强第三透镜的负屈折力，有利于增加光学系统的焦距，使该光学系统具备较强的长焦特性，实现良好的远景拍摄效果；通过使第四透镜具有正屈折力，搭配于光轴处朝像侧面凸出的面型，有利于光线更好的汇聚于成像面，还可以抑制边缘光线的出射角，避免暗角的产生。通过在第一透镜的物侧设置调焦组件，改变调焦层的曲率半径，进而改变调焦组件的焦距，有利于修正像差，使各角度的入射光聚焦像面。当执行变焦工作时，第一透镜与第四透镜保持不动，通过第二透镜和第三透镜的移动，改变第一透镜与第二透镜之间的距离和第三透镜与第四透镜之间的距离，用于实现光学系统的变焦，使其在短焦端、中焦端和长焦端之间变换。通过使光学系统满足上述关系式，改变调焦层的曲率半径，使调焦组件的焦距发生改变，有利于对不同变焦位置产生最佳成像品质，因此实现较小总长下的大范围变焦，并具有成像清晰和小型化的特点。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.2<fc/fz<1.5；其中，fc为长焦端对应的焦距，fz为中焦端对应的焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理配置长焦端和中焦端的焦距，使变焦过程更加合理适当。超过关系式上限，光学系统长焦端对应的焦距过长，不利于球面像差的校正，且导致第三透镜和第四透镜之间的距离过大，不利于中焦端到长焦端的切换；低于关系式下限，长焦端对应的焦距过小，不利于光学系统具备良好的长焦特性，因此降低远摄的效果。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：11<TTL/Imgh<13；其中，TTL为所述调焦组件的物侧面至所述光学系统成像面于光轴上的距离，即光学系统的总长，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半。通过使光学系统满足上述关系式，实现对光学系统的系统总长和像高的合理配置，有利于保持光学系统具有足够的像高，用于匹配高像素的芯片。同时，有效压缩光学系统的总长，还可以满足对光学系统小型化的需求。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.3<TTL/fc<1.5；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，fc为长焦端对应的焦距。通过使光学系统满足上述关系式，光学系统的焦距会有一个下限值，满足光学系统长焦距的要求。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：3.0<FNO<7；其中，FNO为所述光学镜头的光圈大小。通过使光学系统满足上述关系式，可以使光学系统在维持镜头长焦性的前提下，实现大通光量。当单位时间内的光通量大时，即使在较暗的环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.8<map2/map1<0.98；其中，map2为所述光学系统最大视场角的边缘光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离，所述边缘光线远离光轴；map1为所述光学系统最大视场角的主光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离。通过使光学系统满足上述关系式，有利于提升光学系统的相对亮度，在较暗的环境下拍摄时，也能达到清晰的成像效果。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式8.5<Imgh/tan(FOV)<9.5；其中，Imgh为所述光学系统的成像面上电子感光元件有效像素区域对角线长的一半，FOV为所述长焦端对应的最大视场角。通过使光学系统满足上述关系式，能保持所述光学系统的长焦特性，具有较高的放大倍率，以此实现远摄效果。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式4<(CT2+CT3)/CT23<6；其中，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，CT23为所述第二透镜的像侧面至所述第三透镜的物侧面于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，能使第二透镜和第三透镜于光轴上的厚度和间隙得到合理的设置，有利于近焦端到远焦端的变化过程中光线的平滑过渡，从而降低光学系统中杂散光的产生，并降低第二透镜和第三透镜的敏感度，便于光学系统的成型与组装。

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调焦组件、第一透镜至第四透镜安装在所述镜筒内，所述感光元件设置在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，能够通过对光学系统中各透镜的面型和屈折力进行合理的设计，使得镜头模组具有长焦距、成像清晰和小型化的特点。

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，使得电子设备在具有长焦距和成像清晰的同时，还具有小型化的特点。

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1a是第一实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；

图1b示出了图1a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图1c是第一实施例的光学系统的中焦端的结构示意图；

图1d示出了图1c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图1e是第一实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；

图1f示出了图1e的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图2a是第二实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；

图2b示出了图2a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图2c是第二实施例的光学系统的中焦端的结构示意图；

图2d示出了图2c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图2e是第二实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；

图2f示出了图2e的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图3a是第三实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；

图3b示出了图3a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图3c是第三实施例的光学系统的中焦端的结构示意图；

图3d示出了图3c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图3e是第三实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；

图3f示出了图3e的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图4a是第四实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；

图4b示出了图4a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图4c是第四实施例的光学系统的中焦端的结构示意图；

图4d示出了图4c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图4e是第四实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；

图4f示出了图4e的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图5a是第五实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；

图5b示出了图5a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图5c是第五实施例的光学系统的中焦端的结构示意图；

图5d示出了图5c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；

图5e是第五实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；

图5f示出了图5e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。

第一方面，本发明提供了一种光学系统，沿光轴方向的物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有负屈折力，第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有正屈折力；第三透镜，具有负屈折力，第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面；第四透镜，具有正屈折力，第四透镜的像侧面于近光轴处为凸面。第一透镜的物侧设置有调焦组件，所述调焦组件包括调焦层，所述调焦层的曲率半径可调，第一透镜和第四透镜固定，第二透镜和第三透镜相对固定，并共同在光轴上移动，以使光学系统在短焦端、中焦端和长焦端之间变换。

光学系统满足关系式：1<|Rc/Rd|<15；其中，Rc为光学系统处于长焦端时调焦组件的曲率半径，Rd为光学系统处于短焦端时调焦组件的曲率半径。

在光学系统中，调焦组件可以通过改变曲率半径的大小，修正像差，如正像面弯曲，使各角度的入射光聚焦像面。通过使第一透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧面突出的弯月形面型，有利于大角度光线进入光学系统，保证光学系统具有较大的视场范围；通过使第二透镜具有正屈折力，有利于矫正第一透镜产生的朝负方向的球差，提高成像质量；通过使第三透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧面凹入的面型，加强第三透镜的负屈折力，有利于增加光学系统的焦距，使该光学系统具备较强的长焦特性，实现良好的远景拍摄效果；通过使第四透镜具有正屈折力，搭配于光轴处朝像侧面凸出的面型，有利于光线更好的汇聚于成像面，还可以抑制边缘光线的出射角，避免暗角的产生。通过在第一透镜的物侧设置调焦组件，改变调焦层的曲率半径，进而改变调焦组件的焦距，有利于修正像差，使各角度的入射光聚焦像面。当执行变焦工作时，第一透镜与第四透镜保持不动，通过第二透镜和第三透镜的移动，改变第一透镜与第二透镜之间的距离和第三透镜与第四透镜之间的距离，用于实现光学系统的变焦。通过使光学系统满足上述关系式，改变调焦层的曲率半径，使调焦组件的焦距发生改变，有利于对不同变焦位置产生最佳成像品质，因此实现较小总长下的大范围变焦，并具有成像清晰和小型化的特点，且变焦系统中至少包含一个非球面塑料透镜。

一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.2<fc/fz<1.5；其中，fc为变焦系统长焦端对应的焦距，fz为中焦端对应的焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理配置长焦端和中焦端的焦距，使变焦过程更加合理适当。超过关系式上限，光学系统长焦端对应的焦距过长，不利于球面像差的校正，且导致第三透镜和第四透镜之间的距离过大，不利于中焦端到长焦端的切换；低于关系式下限，长焦端对应的焦距过小，不利于光学系统具备良好的长焦特性，因此降低远摄的效果。

一种实施方式中，光学系统满足关系式：11<TTL/Imgh<13；其中，TTL为调焦组件的物侧面至光学系统成像面于光轴上的距离，即光学系统的总长，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半。通过使光学系统满足上述关系式，实现对光学系统的系统总长和像高的合理配置，有利于保持光学系统具有足够的像高，用于匹配高像素的芯片。同时，有效压缩光学系统的总长，还可以满足对光学系统小型化的需求。

一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.3<TTL/fc<1.5；其中，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，fc为长焦端对应的焦距。通过使光学系统满足上述关系式，光学系统焦距会有一个下限值，满足光学系统长焦距的要求。

一种实施方式中，光学系统满足关系式：3.0<FNO<7；其中，FNO为光学镜头的光圈大小。通过使光学系统满足上述关系式，可以使光学系统可以在维持镜头长焦性的前提下，实现大通光量。当单位时间内的光通量大时，即使在较暗的环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。

一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.8<map2/map1<0.98；其中，map2为所述光学系统最大视场角的边缘光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离，所述边缘光线远离光轴；map1为所述光学系统最大视场角的主光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离。通过使光学系统满足上述关系式，有利于提升光学系统的相对亮度，在较暗的环境下拍摄时，也能达到清晰的成像效果。

一种实施方式中，光学系统满足关系式8.5<Imgh/tan(FOV)<9.5；其中，Imgh为光学系统的成像面上电子感光元件有效像素区域对角线长的一半，FOV为长焦端对应的最大视场角。通过使光学系统满足上述关系式，能保持光学系统的长焦特性，具有较高的放大倍率，以此实现远摄效果。

一种实施方式中，所述光学系统满足关系式4<(CT2+CT3)/CT23<6；其中，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，CT23为所述第二透镜的像侧面至所述第三透镜的物侧面于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，能使第二透镜和第三透镜于光轴上的厚度和间隙得到合理的设置，有利于近焦端到远焦端的变化过程中光线的平滑过渡，从而降低光学系统中杂散光的产生，并降低第二透镜和第三透镜的敏感度，便于光学系统的成型与组装。

一种实施方式中，调焦组件包括调焦层、基底和保护膜。调焦层的材质可为但不局限于聚合物，改变对调焦层的施加电压，可以改变调焦层的曲率半径，从而实现光学变焦；基底的材质可为但不局限于玻璃，用于支撑和保护调焦层，并构成调焦组件的主体结构；保护膜的材质可为但不局限于聚合物，用于保护调焦层。其中，基板、调焦层和保护膜沿光轴由物侧至像侧依次设置，具体的，调焦层贴设于基底的像侧面，保护膜贴设于调焦层的像侧面。示例性的，调焦层可为但不限于压电层和内裹光学液体的柔性层。当压电层在电场方向上受到电场力的作用时，构成压电层的压电材料中原子晶胞被拉长，原子晶胞在微观上被拉长并累积到一定量时，宏观上表现为压电材料的形变且曲率半径变化，由于压电材料的形变由原子晶胞的形变引起，因此压电材料相较调焦马达等驱动装置具有更大推力，且响应速度更快、作用精度更高；内裹光学液体的柔性层两侧设有挤压环，通过驱动电机带动挤压环挤压柔性层的表面，可使其表面曲率半径发生变化。

短焦端是光学系统在调焦范围内焦距最小时的状态；长焦端是光学系统在调焦范围内焦距最大时的状态；中焦端是光学系统在调焦范围内焦距介于短焦端和长焦端之间的其中一个状态。

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的光学系统，光学系统的调焦组件、第一透镜至第四透镜安装在镜筒内，感光元件设置在光学系统的像侧。通过在镜头模组中加入本发明提供的光学系统，能够通过对光学系统中各透镜的面型和屈折力进行合理的设计，使得镜头模组具有长焦距、成像清晰和小型化的特点。

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的镜头模组，镜头模组设置在壳体内。通过在电子设备中加入本发明提供的镜头模组，使得电子设备在具有长焦距和成像清晰的同时，还具有小型化的特点。

第一实施例

请参考图1a、图1c和图1e，本实施例的光学系统，沿光轴方向的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，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于近光轴处均为凸面。

第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凹面。

第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。

此外，光学系统还包括调焦组件L0、红外截止滤光片IR和成像面IMG。本实施例中，调焦组件L0包括调焦层，调焦层的曲率半径可调，将其设置在第一透镜的物侧，用于使调焦组件的焦距发生改变，有利于对不同变焦位置产生最佳成像品质。红外截止滤光片IR设置在第四透镜L4和成像面IMG之间，其包括物侧面S9和像侧面S10，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(GLASS)，并可在玻璃上镀膜。第一透镜L1至第四透镜L4的材质可以为塑料、玻璃或玻塑混合材料。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，Y半径为相应面序号的物侧面或像侧面于光轴处的曲率半径。面序号S1和面序号S2分别为第一透镜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。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表面于光轴上的距离。焦距、材料折射率和阿贝数均采用参考波长为587nm的可见光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(mm)。zoom1指第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面在光轴上的距离，zoom2指第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面在光轴上的距离，zoomR指调焦组件在光轴处的曲率半径，单位均为毫米(mm)。

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,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。当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝8.96mm，FNO＝3.2，FOV＝25.2°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为4.1mm，调焦层的有效焦距为472.688mm；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝13.8mm，FNO＝4.8，FOV＝16.3°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-4.8mm，调焦层的有效焦距为-556.663mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝17.92mm，FNO＝6.4，FOV＝12.6°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-7.8mm，调焦层的有效焦距为-907.215mm。

在本实施例中，第一透镜L1至第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面，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S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12和A14。

表1b

图1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)中(a)分别示出了：第一实施例中不同焦距下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1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)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1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)中(b)分别示出了：第一实施例中不同焦距下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T2和弧矢成像面弯曲S2。由图1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)中(b)可以看出，光学系统的像散得到了很好的补偿。

图1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)中(c)分别示出了第一实施例中不同焦距下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1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)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1b(短焦)、图1d(中焦)和图1f(长焦)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2a、图2c和图2e，本实施例的光学系统，沿光轴方向的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，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于近光轴处均为凸面。

第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凹面。

第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8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采用参考波长为587nm的可见光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(mm)，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表2a

当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝8.66mm，FNO＝3.3，FOV＝26°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为4.7mm，调焦层的有效焦距为542.028mm；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝13mm，FNO＝4.9，FOV＝12.8°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-5.6mm，调焦层的有效焦距为-654.954mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝17.32mm，FNO＝6.5，FOV＝12.8°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-13.4mm，调焦层的有效焦距为-1557.398mm。

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

图2b(短焦)、图2d(中焦)和图2f(长焦)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2b(短焦)、图2d(中焦)和图2f(长焦)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3a、图3c和图3e，本实施例的光学系统，沿光轴方向的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，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于近光轴处均为凸面。

第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凹面。

第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8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采用参考波长为587nm的可见光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(mm)，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表3a

当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝8.76mm，FNO＝3.4，FOV＝25.22°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为5.4mm，调焦层的有效焦距为626.219mm；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝13.55mm，FNO＝5.2，FOV＝16.2°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-8.9mm，调焦层的有效焦距为-1031.15mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝17.51mm，FNO＝6.6，FOV＝12.7°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-77.1mm，调焦层的有效焦距为-8945.64mm。

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3b(短焦)、图3d(中焦)和图3f(长焦)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3b(短焦)、图3d(中焦)和图3f(长焦)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4a、图4c和图4e，本实施例的光学系统，沿光轴方向的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，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于近光轴处均为凸面。

第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凹面。

第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。

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采用参考波长为587nm的可见光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(mm)，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表4a

当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝8.69mm，FNO＝3.6，FOV＝25.74°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为3.9mm，调焦层的有效焦距为452.16mm；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝13.27mm，FNO＝5.2，FOV＝16.89°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-5.4mm，调焦层的有效焦距为-633.725mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝17.38mm，FNO＝6.7，FOV＝12.96°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-9.9mm，调焦层的有效焦距为-1152.38mm。

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

图4b(短焦)、图4d(中焦)和图4f(长焦)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4b(短焦)、图4d(中焦)和图4f(长焦)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5a、图5c和图5e，本实施例的光学系统，沿光轴方向的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，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于近光轴处均为凸面。

第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于近光轴处均为凹面。

第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8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参考波长为587nm的可见光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(mm)，其中，其他各参数含义均与第一实施例各参数含义相同。

表5a

当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝8.5mm，FNO＝3.15，FOV＝26.67°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为7.4mm，调焦层的有效焦距为859.477mm；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝13.27mm，FNO＝4.65，FOV＝16.88°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-6.7mm，调焦层的有效焦距为-778.198mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝16.99mm，FNO＝6.25，FOV＝13.2°，调焦层物侧面和像侧面于光轴处的曲率半径均为-23.6mm，调焦层的有效焦距为-2742.75mm。

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

图5b(短焦)、图5d(中焦)和图5f(长焦)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5b(短焦)、图5d(中焦)和图5f(长焦)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fc/fz、TTL/Imgh、TTL/fc、FNO、map2/map1、Imgh/tan(FOV)、|Rc/Rd|、(CT2+CT3)/CT23的值。

表6

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：1.2<fc/fz<1.5、11<TTL/Imgh<13、1.3<TTL/fc<1.5、3.0<FNO<7、0.8<map2/map1<0.98、8.5<Imgh/tan(FOV)<9.5、1<|Rc/Rd|<15、4<(CT2+CT3)/CT23<6的值。

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，共四片具有屈折力的镜片，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：

第一透镜，具有负屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；

第二透镜，具有正屈折力，所述第二透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；

第三透镜，具有负屈折力，所述第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凹面；

第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凸面；

所述第一透镜的物侧设置有调焦组件，所述调焦组件包括调焦层，所述调焦层的曲率半径可调，所述第一透镜和所述第四透镜固定，所述第二透镜和所述第三透镜相对固定，并共同在所述光轴上移动；

所述光学系统满足关系式：1<|Rc/Rd|<15；

其中，Rc为所述光学系统处于长焦端时所述调焦组件的曲率半径，Rd为所述光学系统处于短焦端时所述调焦组件的曲率半径。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：

1.2<fc/fz<1.5；

其中，fc为长焦端对应的焦距，fz为中焦端对应的焦距。

3.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：

11<TTL/Imgh<13；

其中，TTL为所述调焦组件的物侧面至所述光学系统成像面于光轴上的距离，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半。

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：

1.3<TTL/fc<1.5；

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，fc为长焦端对应的焦距。

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：

3.0<FNO<7；

其中，FNO为所述光学系统的光圈大小。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括滤光片，所述滤光片位于所述第四透镜的像侧面一侧，所述光学系统满足关系式：

0.8<map2/map1<0.98；

其中，map2为所述光学系统最大视场角的边缘光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离，所述边缘光线远离光轴；map1为所述光学系统最大视场角的主光线与所述滤光片像侧面的交点到光轴的距离。

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：

8.5<Imgh/tan(FOV)<9.5；

其中，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半，FOV为长焦端对应的最大视场角。

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：

4<(CT2+CT3)/CT23<6；

其中，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，CT23为所述第二透镜的像侧面至所述第三透镜的物侧面于光轴上的距离。

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调焦组件、第一透镜至第四透镜安装在所述镜筒内，所述感光元件设置在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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