CN113900223B - 光学系统、取像模组及电子设备 - Google Patents

光学系统、取像模组及电子设备 Download PDF

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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。光学系统包括：具有正屈折力的第一透镜，物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凸面；具有屈折力的第二透镜；具有屈折力的第三透镜，像侧面于近光轴处为凹面；具有屈折力的第四透镜；具有正屈折力的第五透镜；光学系统满足：0.5≤ImgH/OBJH≤0.9；ImgH为光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，OBJH为光学系统的最大视场角所对应的物高的一半。上述光学系统，具备大有效焦距和大放大倍率，能够提升微距拍摄的成像质量。

Description

光学系统、取像模组及电子设备
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
随着智能手机、平板电脑、电子阅读器等电子设备的迅速发展，业界对电子设备拍摄功能的要求也越来越高，其中，微距镜头的应用也越来越广泛。微距镜头能够对近距离物体成像，从而适用于更多不同的场景，满足用户的多样化需求。如何提升微距镜头的成像质量，使微距镜头能够对近距离物体成清晰图像，已经成为业界关注的重点。
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，以提升微距镜头的成像质量。
一种光学系统，所述光学系统中具有屈折力的透镜的数量为五片，所述光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括：
具有正屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凸面；
具有屈折力的第二透镜；
具有屈折力的第三透镜，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有屈折力的第四透镜；
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：
0.5≤ImgH/OBJH≤0.9；
其中，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，OBJH为所述光学系统的最大视场角所对应的物高的一半。
上述光学系统，第一透镜具有正屈折力，第一透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，能够有效会聚光线，有利于缩短光学系统的总长。第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面，有利于校正第一透镜与第二透镜产生的像差。第五透镜具有正屈折力，与第一透镜的正屈折力相配合，能够形成类似对称结构，有利于平衡光学系统的畸变，并抑制折射率过大带来的高阶像差。
满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的半像高与半物高的比值，有利于增大光学系统的有效焦距和放大倍率，从而使得光学系统能够拍摄到近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）的超清晰局部细节信息，进而提升微距拍摄的成像质量，帮助用户获得更佳的微距拍摄体验感。
在其中一个实施例中，所述光学系统还包括转向棱镜，所述转向棱镜设置于所述第一透镜的物侧，所述转向棱镜的入光面和出光面相垂直。设置转向棱镜将光路偏折90deg，能够实现潜望式摄像，从而使得光学系统应用于电子设备中时有利于缩短电子设备的厚度尺寸，进而有利于电子设备的便携式设计。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
0.8≤op/ip≤1.5；
其中，op为所述光学系统的物面至所述入光面于光轴上的距离，ip为所述出光面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。满足上述条件式时，能够合理配置转向棱镜在光学系统中的位置，有利于光学系统对近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）实现微距拍摄，且能够使得光学系统在实现大焦距和大放大倍率的基础下还能够适应不同电子设备的空间类型，为电子设备的空间节省位置，有利于电子设备的便携式设计。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
1.1≤CT1/ET1≤1.6；
其中，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，即所述第一透镜的中心厚度，ET1为所述第一透镜的物侧面最大有效口径处至所述第一透镜的像侧面最大有效口径处于光轴方向上的距离，即所述第一透镜的边缘厚度。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的中心厚度与边缘厚度的比值，从而合理配置第一透镜的屈折力及面型，有利于缩短光学系统的总长，同时也有利于光线合理偏折，从而有利于提升光学系统的成像面照度，降低光学系统的敏感度，进而提升光学系统的成像质量。超过上述条件式的上限，第一透镜的中心厚度远大于边缘厚度，导致第一透镜的面型过于弯曲，不利于光线的合理偏折，从而导致边缘光线难以控制像差和像面照度。低于上述条件式的下限，第一透镜的面型过于平坦，第一透镜的正屈折力不足，导致第一透镜难以有效收拢光线，不利于缩短光学系统的总长，从而不利于光学系统的小型化设计。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
0.5≤f1/f≤0.8；
其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的正屈折力在光学系统中的占比，有利于第一透镜的正屈折力与第五透镜的正屈折力相配合，形成类似对称结构，从而有利于平衡光学系统的畸变，并抑制折射率过大带来的高阶像差，进而有利于提升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：
5≤TTL/CT1≤8；
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，即所述光学系统的光学总长，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统的光学总长与第一透镜的中心厚度的比值，使得第一透镜的中心厚度不会过大，有利于缩短光学系统的总长，同时也使得第一透镜的中心厚度在合理范围内，有利于避免第一透镜收容光线的过程中对边缘光线过度偏折，从而有利于抑制边缘视场产生高阶像差。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
91≤f43/（2/>ImgH）；
其中，f为所述光学系统的有效焦距。上述条件式体现了光学系统的等效焦距，满足上述条件式时，能够使得光学系统具备长焦特性，有利于光学系统保持小画幅取像，从而有利于实现特写拍照。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
0.9≤SD11/ImgH≤1.4；
其中，SD11为所述第一透镜的物侧面最大有效口径的一半。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的物侧面最大有效半口径与光学系统的半像高的比值，有利于减小光学系统中各透镜的有效口径的差异，使得各透镜的有效口径基本一致，从而有利于压缩光学系统在垂轴方向上的尺寸，当光学系统应用于潜望式摄像的电子设备中时，有利于缩短电子设备的厚度尺寸，进而有利于电子设备的便携式设计。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
1≤（CT1+CT2）/（CT4+CT5）≤3；
其中，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度，CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜及第二透镜的中心厚度之和与第四透镜及第五透镜的中心厚度之和的比值，使得第一透镜、第二透镜与第四透镜、第五透镜形成类似对称结构，符合高斯结构特征，从而有利于校正光学系统的各类像差，提升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：
2≤f/EPD≤3.5；
其中，f为所述光学系统的有效焦距，EPD为所述光学系统的入瞳直径。满足上述条件式时，有利于提升光学系统的进光量，从而避免成像面周边出现暗角的情况。
在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：
17mm2≤fImgH≤56mm2；
其中，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统的有效焦距和半像高，有利于实现小画幅取像和大像面成像的特性，进一步提高微距成像的特性，有利于提升微距摄像的成像质量。超过上述条件式的上限时，光学系统的有效焦距过大、成像面过大，不利于光学系统的小型化设计。低于上述条件式的下限，光学系统的有效焦距过小，难以满足微距拍摄特性。
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，光学系统具备大有效焦距和大放大倍率，能够提升微距拍摄的成像质量。
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，取像模组具备大有效焦距和大放大倍率，能够提升微距拍摄的成像质量。
附图说明
图1为本申请第一实施例中的光学系统的结构示意图；
图2为本申请第一实施例中的光学系统的纵向球差图、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结构示意图；
图4为本申请第二实施例中的光学系统的纵向球差图、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结构示意图；
图6为本申请第三实施例中的光学系统的纵向球差图、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结构示意图；
图8为本申请第四实施例中的光学系统的纵向球差图、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结构示意图；
图10为本申请第五实施例中的光学系统的纵向球差图、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沿光轴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。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同轴设置，光学系统100中各透镜共同的轴线即为光学系统100的光轴。
其中，第一透镜L1具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2于近光轴处均为凸面，能够有效会聚光线，有利于缩短光学系统100的总长。第二透镜L2与第三透镜L3具有屈折力。第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，有利于校正第一透镜L1与第二透镜L2产生的像差。第四透镜L4具有屈折力。第五透镜L5具有正屈折力，与第一透镜L1的正屈折力相配合，能够形成类似对称结构，有利于平衡光学系统100的畸变，并抑制折射率过大带来的高阶像差。
在一些实施例中，光学系统100还包括转向棱镜110，转向棱镜110设置于第一透镜L1的物侧，转向棱镜110能够将光路偏折90deg，以实现潜望式摄像。具体地，转向棱镜110可以为直角棱镜，转向棱镜110包括入光面111、反射面112以及出光面113，入光面111与出光面113垂直，入光面111朝向物侧，出光面113与第一透镜L1的物侧面S1相对，反射面112连接入光面111与出光面113。来自物侧的光线从入光面111进入转向棱镜110中，经反射面112反射后由出光面113出射，并进入第一透镜L1中。设置转向棱镜110将光路偏折90deg，能够实现潜望式摄像，从而使得光学系统100应用于电子设备中时有利于缩短电子设备的厚度尺寸，进而有利于电子设备的便携式设计。当然，转向棱镜110还可以是五棱镜等其他能够偏折光路的光学元件，只要使得光学系统100能够进行潜望式设计，以缩短电子设备的厚度尺寸即可。
另外，在一些实施例中，光学系统100设置有光阑STO，光阑STO可设置于第一透镜L1的物侧。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可为红外截止滤光片，用于滤除干扰光，防止干扰光到达光学系统100的成像面而影响正常成像。进一步地，光学系统100还包括位于第五透镜L7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。
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100的小尺寸以实现光学系统100的轻薄化设计。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。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。
进一步地，在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.5≤ImgH/OBJH≤0.9；其中，ImgH为光学系统100的最大视场角所对应的像高的一半，OBJH为光学系统100的最大视场角所对应的物高的一半。具体地，ImgH/OBJH可以为：0.567、0.571、0.592、0.612、0.638、0.677、0.745、0.766、0.781或0.803。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的半像高与半物高的比值，有利于增大光学系统100的有效焦距和放大倍率，从而使得光学系统100能够拍摄到近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）的超清晰局部细节信息，进而提升微距拍摄的成像质量，帮助用户获得更佳的微距拍摄体验感。
需要说明的是，在一些实施例中，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，则最大视场角可以理解为光学系统100对角线方向的最大视场角，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：0.8≤op/ip≤1.5；其中，op为光学系统100的物面至入光面111于光轴上的距离，ip为出光面113至光学系统100的成像面于光轴上的距离。具体地，op/ip可以为：0.855、0.897、0.935、0.967、1.125、1.237、1.398、1.411、1.437或1.482。满足上述条件式时，能够合理配置转向棱镜110在光学系统100中的位置，有利于光学系统100对近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）实现微距拍摄，且能够使得光学系统100在实现大焦距和大放大倍率的基础下还能够适应不同电子设备的空间类型，为电子设备的空间节省位置，有利于电子设备的便携式设计。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：1.1≤CT1/ET1≤1.6；其中，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度，ET1为第一透镜L1的物侧面S1最大有效口径处至第一透镜L1的像侧面S2最大有效口径处于光轴方向上的距离。具体地，CT1/ET1可以为：1.129、1.157、1.203、1.264、1.332、1.387、1.456、1.471、1.505或1.542。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的中心厚度与边缘厚度的比值，从而合理配置第一透镜L1的屈折力及面型，有利于缩短光学系统100的总长，同时也有利于光线合理偏折，从而有利于提升光学系统100的成像面照度，降低光学系统100的敏感度，进而提升光学系统100的成像质量。超过上述条件式的上限，第一透镜L1的中心厚度远大于边缘厚度，导致第一透镜L1的面型过于弯曲，不利于光线的合理偏折，从而导致边缘光线难以控制像差和像面照度。低于上述条件式的下限，第一透镜L1的面型过于平坦，第一透镜L1的正屈折力不足，导致第一透镜L1难以有效收拢光线，不利于缩短光学系统100的总长，从而不利于光学系统100的小型化设计。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.5≤f1/f≤0.8；其中，f1为第一透镜L1的有效焦距，f为光学系统100的有效焦距。具体地，f1/f可以为：0.528、0.547、0.589、0.611、0.623、0.647、0.652、0.679、0.688或0.708。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的正屈折力在光学系统100中的占比，有利于第一透镜L1的正屈折力与第五透镜L5的正屈折力相配合，形成类似对称结构，从而有利于平衡光学系统100的畸变，并抑制折射率过大带来的高阶像差，进而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：5≤TTL/CT1≤8；其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统100的成像面于光轴上的距离，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度。具体地，TTL/CT1可以为：5.606、5.623、5.788、6.012、6.457、6.639、6.894、7.013、7.111或7.250。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的光学总长与第一透镜L1的中心厚度的比值，使得第一透镜L1的中心厚度不会过大，有利于缩短光学系统100的总长，同时也使得第一透镜L1的中心厚度在合理范围内，有利于避免第一透镜L1收容光线的过程中对边缘光线过度偏折，从而有利于抑制边缘视场产生高阶像差。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：91≤f43/（2/>ImgH）；其中，f为光学系统100的有效焦距。具体地，f/>43/（2/>ImgH）可以为：91.331、94.257、112.358、123.654、129.510、131.517、135.964、139.882、141.265或145.125。上述条件式体现了光学系统100的等效焦距，满足上述条件式时，能够使得光学系统100具备长焦特性，有利于光学系统100保持小画幅取像，从而有利于实现特写拍照。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.9≤SD11/ImgH≤1.4；其中，SD11为第一透镜L1的物侧面S1最大有效口径的一半。具体地，SD11/ImgH可以为：0.909、0.932、0.974、1.103、1.128、1.225、1.273、1.330、1.355或1.374。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的物侧面S1最大有效半口径与光学系统100的半像高的比值，有利于减小光学系统100中各透镜的有效口径的差异，使得各透镜的有效口径基本一致，从而有利于压缩光学系统100在垂轴方向上的尺寸，当光学系统100应用于潜望式摄像的电子设备中时，有利于缩短电子设备的厚度尺寸，进而有利于电子设备的便携式设计。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：1≤（CT1+CT2）/（CT4+CT5）≤3；其中，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度，CT2为第二透镜L2于光轴上的厚度，CT4为第四透镜L4于光轴上的厚度，CT5为第五透镜L5于光轴上的厚度。具体地，（CT1+CT2）/（CT4+CT5）可以为：1.357、1.377、1.510、1.638、1.928、2.324、2.555、2.671、2.703或2.796。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1及第二透镜L2的中心厚度之和与第四透镜L4及第五透镜L5的中心厚度之和的比值，使得第一透镜L1、第二透镜L2与第四透镜L4、第五透镜L5形成类似对称结构，符合高斯结构特征，从而有利于校正光学系统100的各类像差，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：2≤f/EPD≤3.5；其中，f为光学系统100的有效焦距，EPD为光学系统100的入瞳直径。具体地，f/EPD可以为：2.203、2.451、2.638、2.711、2.964、3.024、3.152、3.227、3.301或3.375。满足上述条件式时，有利于提升光学系统100的进光量，从而避免成像面周边出现暗角的情况。
在一些实施例中，光学系统100满足条件式：17mm2≤fImgH≤56mm2；其中，f为光学系统100的有效焦距。具体地，f/ImgH可以为：17.280、20.551、28.614、33.354、40.247、49.510、51.361、52.647、54.210或55.975，数值单位为mm2。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的有效焦距和半像高，有利于实现小画幅取像和大像面成像的特性，进一步提高微距成像的特性，有利于提升微距摄像的成像质量。超过上述条件式的上限时，光学系统100的有效焦距过大、成像面过大，不利于光学系统100的小型化设计。低于上述条件式的下限，光学系统100的有效焦距过小，难以满足微距拍摄特性。
以上的有效焦距数值的参考波长均为587.5618nm。
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的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括转向棱镜110、光阑STO、具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、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的纵向球差、像散及畸变的曲线图，其中像散图和畸变图的参考波长为587.5618nm，其他实施例相同。
第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面；
第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第四透镜L4的像侧面S8于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第五透镜L5的像侧面S10于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面。
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非球面。
需要注意的是，在本申请中，当描述透镜的一个表面于近光轴处（该表面的中心区域）为凸面时，可理解为该透镜的该表面于光轴附近的区域为凸面。当描述透镜的一个表面于圆周处为凹面时，可理解为该表面在靠近最大有效半径处的区域为凹面。举例而言，当该表面于近光轴处为凸面，且于圆周处也为凸面时，该表面由中心（该表面与光轴的交点）至边缘方向的形状可以为纯粹的凸面；或者是先由中心的凸面形状过渡到凹面形状，随后在靠近最大有效半径处时变为凸面。此处仅为说明光轴处与圆周处的关系而做出的示例，表面的多种形状结构（凹凸关系）并未完全体现，但其他情况可根据以上示例推导得出。
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的材质均为塑料。
进一步地，光学系统100满足条件式：ImgH/OBJH=0.672；其中，ImgH为光学系统100的最大视场角所对应的像高的一半，OBJH为光学系统100的最大视场角所对应的物高的一半。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的半像高与半物高的比值，有利于增大光学系统100的有效焦距和放大倍率，从而使得光学系统100能够拍摄到近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）的超清晰局部细节信息，进而提升微距拍摄的成像质量，帮助用户获得更佳的微距拍摄体验感。
光学系统100满足条件式：op/ip=1.154；其中，op为光学系统100的物面至入光面111于光轴上的距离，ip为出光面113至光学系统100的成像面于光轴上的距离。满足上述条件式时，能够合理配置转向棱镜110在光学系统100中的位置，有利于光学系统100对近距离物体（例如20mm至40mm物距范围内的物体）实现微距拍摄，且能够使得光学系统100在实现大焦距和大放大倍率的基础下还能够适应不同电子设备的空间类型，为电子设备的空间节省位置，有利于电子设备的便携式设计。
光学系统100满足条件式：CT1/ET1=1.542；其中，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度，ET1为第一透镜L1的物侧面S1最大有效口径处至第一透镜L1的像侧面S2最大有效口径处于光轴方向上的距离。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的中心厚度与边缘厚度的比值，从而合理配置第一透镜L1的屈折力及面型，有利于缩短光学系统100的总长，同时也有利于光线合理偏折，从而有利于提升光学系统100的成像面照度，降低光学系统100的敏感度，进而提升光学系统100的成像质量。
光学系统100满足条件式：f1/f=0.528；其中，f1为第一透镜L1的有效焦距，f为光学系统100的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的正屈折力在光学系统100中的占比，有利于第一透镜L1的正屈折力与第五透镜L5的正屈折力相配合，形成类似对称结构，从而有利于平衡光学系统100的畸变，并抑制折射率过大带来的高阶像差，进而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：TTL/CT1=7.250；其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统100的成像面于光轴上的距离，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的光学总长与第一透镜L1的中心厚度的比值，使得第一透镜L1的中心厚度不会过大，有利于缩短光学系统100的总长，同时也使得第一透镜L1的中心厚度在合理范围内，有利于避免第一透镜L1收容光线的过程中对边缘光线过度偏折，从而有利于抑制边缘视场产生高阶像差。
光学系统100满足条件式：f43/（2/>ImgH）=138.865；其中，f为光学系统100的有效焦距。上述条件式体现了光学系统100的等效焦距，满足上述条件式时，能够使得光学系统100具备长焦特性，有利于光学系统100保持小画幅取像，从而有利于实现特写拍照。
光学系统100满足条件式：SD11/ImgH=1.374；其中，SD11为第一透镜L1的物侧面S1最大有效口径的一半。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的物侧面S1最大有效半口径与光学系统100的半像高的比值，有利于减小光学系统100中各透镜的有效口径的差异，使得各透镜的有效口径基本一致，从而有利于压缩光学系统100在垂轴方向上的尺寸，当光学系统100应用于潜望式摄像的电子设备中时，有利于缩短电子设备的厚度尺寸，进而有利于电子设备的便携式设计。
光学系统100满足条件式：（CT1+CT2）/（CT4+CT5）=1.816；其中，CT1为第一透镜L1于光轴上的厚度，CT2为第二透镜L2于光轴上的厚度，CT4为第四透镜L4于光轴上的厚度，CT5为第五透镜L5于光轴上的厚度。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1及第二透镜L2的中心厚度之和与第四透镜L4及第五透镜L5的中心厚度之和的比值，使得第一透镜L1、第二透镜L2与第四透镜L4、第五透镜L5形成类似对称结构，符合高斯结构特征，从而有利于校正光学系统100的各类像差，提升光学系统100的成像质量。
光学系统100满足条件式：f/EPD=2.353；其中，f为光学系统100的有效焦距，EPD为光学系统100的入瞳直径。满足上述条件式时，有利于提升光学系统100的进光量，从而避免成像面周边出现暗角的情况。
光学系统100满足条件式：fImgH=41.999mm2；其中，f为光学系统100的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的有效焦距和半像高，有利于实现小画幅取像和大像面成像的特性，进一步提高微距成像的特性，有利于提升微距摄像的成像质量。
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。
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=16.47mm，光圈数FNO=3.84，最大视场角FOV=10.84deg，光学总长TTL=29.00mm。光学系统100具备高放大倍率与高成像质量，能够进行微距拍摄。
且各透镜的焦距、折射率和阿贝数的参考波长均为587.5618nm，其他实施例也相同。
表1
进一步地，光学系统100各透镜像侧面或物侧面的非球面系数由表2给出。其中，面序号从S1-S10分别表示像侧面或物侧面S1-S10。而从上到下的K-A20分别表示非球面系数的类型，其中，K表示圆锥系数，A4表示四次非球面系数，A6表示六次非球面系数，A8表示八次非球面系数，以此类推。另外，非球面系数公式如下：
其中，Z为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，r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2
另外，图2包括光学系统100的纵向球差曲线图(Longitudinal SphericalAberration)，纵向球差曲线表示不同波长的光线经由镜头后的汇聚焦点偏离，其中，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)，横坐标表示焦点偏移，即成像面到光线与光轴交点的距离(单位为mm)。由纵向球差图可知，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100的像散曲线图（ASTIGMATIC FIELD CURVES），其中，横坐标表示焦点偏移，纵坐标表示像高，单位为mm，且像散曲线图中的S曲线代表587.5618nm下的弧矢场曲，T曲线代表587.5618nm下的子午场曲。由图中可知，光学系统100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100的畸变曲线图（DISTORTION），畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，其中，横坐标表示畸变值，单位为%，纵坐标表示像高，单位为mm。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。
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的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括转向棱镜110、光阑STO、具有正屈折力的第一透镜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、具有负屈折力的第四透镜L4以及具有正屈折力的第五透镜L5。图4由左至右依次为第二实施例中光学系统100的纵向球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面；
第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第四透镜L4的像侧面S8于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第五透镜L5的像侧面S10于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面。
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非球面。
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的材质均为塑料。
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
进一步地，光学系统100各透镜像侧面或物侧面的非球面系数由表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
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、像散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的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括转向棱镜110、光阑STO、具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、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由左至右依次为第三实施例中光学系统100的纵向球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面；
第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第四透镜L4的像侧面S8于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第五透镜L5的像侧面S10于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面。
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非球面。
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的材质均为塑料。
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
进一步地，光学系统100各透镜像侧面或物侧面的非球面系数由表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6
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6中的像差图可知，光学系统100的纵向球差、像散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的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括转向棱镜110、光阑STO、具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、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的纵向球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第四透镜L4的像侧面S8于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第五透镜L5的像侧面S10于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面。
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非球面。
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的材质均为塑料。
另外，光学系统100的各项参数由表7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
进一步地，光学系统100各透镜像侧面或物侧面的非球面系数由表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8
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8中的像差图可知，光学系统100的纵向球差、像散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的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括转向棱镜110、光阑STO、具有正屈折力的第一透镜L1、具有正屈折力的第二透镜L2、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的纵向球差、像散及畸变的曲线图。
第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3的像侧面S6于近光轴处为凹面，于圆周处为凹面；
第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第四透镜L4的像侧面S8于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面；
第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第五透镜L5的像侧面S10于近光轴处为凹面，于圆周处为凸面。
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非球面。
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的材质均为塑料。
另外，光学系统100的各项参数由表9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9
进一步地，光学系统100各透镜像侧面或物侧面的非球面系数由表10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10
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10中的像差图可知，光学系统100的纵向球差、像散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，光学系统100具备大有效焦距和大放大倍率，能够提升微距拍摄的成像质量。
请参见图11和图12，在一些实施例中，取像模组200可应用于电子设备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。当电子设备300为智能手机时，壳体310可以为电子设备300的中框。在一些实施例中，光学系统100配置有转向棱镜110，则电子设备300能够实现潜望式设计，有利于减小电子设备300的厚度尺寸，从而有利于电子设备300的便携式设计。在电子设备300中采用上述取像模组200，取像模组200具备大有效焦距和大放大倍率，能够提升微距拍摄的成像质量。
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 (12)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统中具有屈折力的透镜的数量为五片，所述光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括：
具有正屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凸面；
具有屈折力的第二透镜；
具有屈折力的第三透镜，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有屈折力的第四透镜；
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：
0.5≤ImgH/OBJH≤0.9；
其中，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，OBJH为所述光学系统的最大视场角所对应的物高的一半。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括转向棱镜，所述转向棱镜设置于所述第一透镜的物侧，所述转向棱镜的入光面和出光面相垂直，且所述光学系统满足以下条件式：
0.8≤op/ip≤1.5；
其中，op为所述光学系统的物面至所述入光面于光轴上的距离，ip为所述出光面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。
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：
1.1≤CT1/ET1≤1.6；
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最大有效口径处至所述第一透镜的像侧面最大有效口径处于光轴方向上的距离。
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：
0.5≤f1/f≤0.8；
其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，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：
5≤TTL/CT1≤8；
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，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。
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：
91≤f43/（2/>ImgH）；
其中，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，满足以下条件式：
0.9≤SD11/ImgH≤1.4；
其中，SD11为所述第一透镜的物侧面最大有效口径的一半。
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：
1≤（CT1+CT2）/（CT4+CT5）≤3；
其中，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度，CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。
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：
2≤f/EPD≤3.5；
其中，f为所述光学系统的有效焦距，EPD为所述光学系统的入瞳直径。
10.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：
17mm2≤fImgH≤56mm2；
其中，f为所述光学系统的有效焦距。
11.一种取像模组，其特征在于，包括感光元件以及权利要求1-10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。
12.一种电子设备，其特征在于，包括壳体以及权利要求11所述的取像模组，所述取像模组设置于所述壳体。
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