CN113985569B - 光学系统、镜头模组和电子设备 - Google Patents

光学系统、镜头模组和电子设备 Download PDF

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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五透镜，且第一透镜和第四透镜具有正屈折力。第一透镜和第五透镜的物侧面于近光轴处均为凸面；第一透镜和第五透镜的物侧面、第一透镜、第三透镜和第四透镜的像侧面于近圆周处均为凸面；第一透镜和第五透镜的像侧面于近光轴处均为凹面；第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的物侧面于近圆周处均为凹面。通过对光学系统各透镜的面型和屈折力进行合理设计，有利于满足具有较小的光学总长、大光圈和大尺寸像面的特点。

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
TOF(Time of flight，飞行时间)技术具有响应速度快、不易受环境光线干扰和深度信息精度高等优点。随着TOF技术的发展，在捕捉更多环境信息的同时，能更便捷的应用于各种场景，成为该领域的一个研究趋势。为顺应这一发展趋势，需要提升光学系统的紧凑性，扩大光圈，压缩光学总长并获得大像面，以满足深度探测、手势识别和环境检测等需求。
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，具有较小的光学总长、大光圈和大尺寸像面的特点。
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，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有正屈折力，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；第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的像侧面于近圆周处为凹面；第五透镜，具有屈折力，所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面于近圆周处为凸面，所述光学系统满足关系式：1.8＜Fno*TTL/IMGH＜2.4；其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，IMGH为所述光学系统最大有效成像圆的半径，Fno为所述光学系统的光圈数。
在所述的光学系统中，通过使第一透镜具有正屈折力，有助于缩短光学系统的光学总长，压缩各视场的光线走向，降低球差，满足光学系统高像质小型化的需求。通过使第一透镜的像侧面于近光轴附近为凹面，有利于增强第一透镜的正屈折力，进一步为边缘光线的引入提供合理的光线入射角。通过使第四透镜具有正屈折力，有利于会聚内视场光线，收缩外视场光束口径。通过使第四透镜物侧面于圆周附近为凹面，有利于增强第四透镜屈折力，提升镜片间的紧凑性，合理约束像侧面曲率半径，可降低公差敏感性和杂散光风险。通过使第五透镜物侧面于光轴附近为凸面，有利于校正畸变、像散、场曲量，进而满足低像差高像质需求；使第五透镜像侧面于近圆周处为凸面，能够使得光线在像面上的入射角保持在合理范围，满足高相对亮度和小芯片匹配角需求。TTL/IMGH反映了光学系统的轻薄特性，Fno反映了光学系统的相对进光量，该关系式总体反映了光学系统在轻薄化过程中对进光量的变化情况，即当光学系统轻薄化的过程中，光圈数上升，光学系统的进光量减少。通过使光学系统满足上述关系式，可以在进光量充足的情况下，实现光学系统在光轴上长度的最小化，提升光学系统的紧凑性，同时，还可以使光学系统具有大像面，以匹配高像素的感光芯片，提升图像分辨率。低于关系式下限，光学系统的总长过小，易导致系统过于紧凑，设计难度大且工艺性差；超过关系式上限，光学系统的超薄特性较差，光圈数较大，不足以满足大像面、小尺寸、小光圈数的需求。因此，满足上述面型及关系式，能实现光学系统在较小的光学总长下具有大光圈和大尺寸像面的特点。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0＜f/EPD＜1.4；其中，f为所述光学系统的有效焦距，EPD的所述光学系统的入瞳直径。f/EPD反映了光学系统的相对进光量，红外感光芯片的感光能力低于可见光感光芯片。通过使光学系统满足上述关系式，可使光学系统的相对进光量获得良好的控制，满足小光圈数和匹配红外芯片的需求。低于关系式下限，光学系统的有效焦距变化不大，扩大光学系统的入瞳直径，将导致进光量变大，但5片式的光学系统难以在全视场维持良好的性能，易使镜片面型发生过度弯曲，不利于实际生产；超过关系式上限，光学系统的进光量小，不能满足光学系统对进光量的需求。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0＜SD52/IMGH/BF＜1.2；其中，SD52为所述第五透镜的像侧面的最大有效口径的一半，IMGH为所述光学系统最大有效成像圆的半径，BF为所述第五透镜的像侧面到成像面沿光轴方向的最小距离。SD52/IMGH反映了第五透镜的像侧面的口径与像高的比值，配合对第五透镜的像侧面到成像面沿光轴方向的最小距离的限制，可较好的控制光线在第五透镜上的偏折角及在像面的入射角。通过使光学系统满足上述关系式，使得经过第五透镜边缘的光线高度与像面高度接近，这说明边缘视场光线在成像面上的入射角较小，且前透镜组完成了对光线的抬升，十分有利于镜头的相对亮度保持在一个较高水平。低于关系式下限，边缘视场光线在成像面上的入射角偏大，难以维持高相对亮度，易产生暗角，不符合光学系统对成像质量的需求；超过关系式上限，第五透镜的像侧面到成像面沿光轴的最小距离过小，与入射角兼顾性不佳，不符合实际需求。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.2＜(CT1+CT2+CT3)/TTL＜0.35；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，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，能够有效控制镜片厚度与光学总长的大小，保持镜片具有合理中厚的同时，光学系统具有较短总长，使光学系统同时具备良好的性能与紧凑性，为5片式光学系统的小型化提供便利。低于关系式下限，镜片中厚较小，不利于透镜的加工和制作，第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离较大，不利于轻薄化，量产性较差；超过关系式上限，镜片厚度足够，第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离减小，但透镜排布拥挤，光学系统的性能显著降低，导致解析力不足，成像品质降低。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0＜f2/R21＜180；其中，f2为所述第二透镜的有效焦距，R21为所述第二透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，将第二透镜于光轴处的曲率半径限制在合理的范围，可调控第二透镜的焦距，有助于调整成像边缘的场曲和像散，满足周边的成像品质。同时，还可以避免透镜光焦度差异过大所造成的工艺性损失，光学系统的面型较为简单在工艺性和公差敏感性方面也更有优势。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式0.3＜|(SAG41+SAG51)/CT4|＜0.8；其中，SAG41为所述第四透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，SAG51为所述第五透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度，矢高是透镜物侧面的几何中心到透镜直径平面的垂直距离。通过使光学系统满足上述关系式，可以将第四透镜和第五透镜物侧面矢高限制在合理范围，避免第四、第五透镜物侧面的面型扭曲过度，防止设计镜片的工艺性太差。同时，矢高的限制配合第四透镜中厚的调整，可降低第四透镜的面型复杂度，保持镜片合理的厚度与面型变化趋势，降低高级像差的引入，有助于降低镜片的公差敏感性。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.9＜SD11/SD21＜1.1；其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD21为所述第二透镜的物侧面的最大有效口径的一半。通过使光学系统满足上述关系式，可通过合理限制第二透镜物侧面的有效口径，在第二透镜物侧面处形成一个二次拦光位置。一方面，可以合理限制入射光线的范围，剔除边缘质量较差的光线，减小轴外像差，并有效提升摄像镜头组的解像力；另一方面，第一透镜形成小口径的头部优势可以延续到第二透镜，增加镜筒上小头部的深度，让镜头模组具有优良的应用效果。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1＜f123/f＜3；其中，f123为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距，f为所述光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，将第一、第二和第三透镜的组合焦距f123限制在合理范围，可以更好的汇聚物侧光线，降低光学成像镜头系统的场曲与畸变。此外，还可以使第一、第二和第三透镜的焦距和厚度保持在合理区间，有助于减小镜片间隙，提升光学系统的紧凑性。
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、感光芯片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第五透镜安装在所述镜筒内，所述感光芯片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，使得光接收模组具有较小的光学总长、大光圈和大尺寸像面的特点。
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三方面所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内。通过在电子设备中加入本发明提供的深度相机，使得电子设备在具有较小的光学总长的同时，还具有大光圈和大尺寸像面的特点。
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1是第一实施例的光学系统的结构示意图；
图2示出了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示出了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示出了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示出了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示出了第五实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图11是第六实施例的光学系统的结构示意图；
图12示出了第六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。
第一方面，本发明提供了一种光学系统，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有正屈折力，第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有屈折力；第三透镜，具有屈折力；第四透镜，具有正屈折力，第四透镜的像侧面于近圆周处为凹面；第五透镜，具有屈折力，第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面于近圆周处为凸面。该光学系统满足关系式：1.8＜Fno*TTL/IMGH＜2.4；其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，IMGH为光学系统最大有效成像圆的半径，Fno为光学系统的光圈数。
在光学系统中，通过使第一透镜具有正屈折力，有助于缩短光学系统的光学总长，压缩各视场的光线走向，降低球差，满足光学系统高像质小型化的需求。通过使第一透镜的像侧面于近光轴附近为凹面，有利于增强第一透镜的正屈折力，进一步为边缘光线的引入提供合理的光线入射角。通过使第四透镜具有正屈折力，有利于会聚内视场光线，收缩外视场光束口径。通过使第四透镜物侧面于圆周附近为凹面，有利于增强第四透镜屈折力，提升镜片间的紧凑性，合理约束像侧面曲率半径，可降低公差敏感性和杂散光风险。通过使第五透镜物侧面于光轴附近为凸面，有利于校正畸变、像散、场曲量，进而满足低像差高像质需求；使第五透镜像侧面于近圆周处为凸面，能够使得光线在像面上的入射角保持在合理范围，满足高相对亮度和小芯片匹配角需求。TTL/IMGH反映了光学系统的轻薄特性，Fno反映了光学系统的相对进光量，该关系式总体反映了光学系统在轻薄化过程中对进光量的变化情况，即当光学系统轻薄化的过程中，光圈数上升，光学系统的进光量减少。通过使光学系统满足上述关系式，可以在进光量充足的情况下，实现光学系统在光轴上长度的最小化，提升光学系统的紧凑性，同时，还可以使光学系统具有大像面，以匹配高像素的感光芯片，提升图像分辨率。低于关系式下限，光学系统的总长过小，易导致系统过于紧凑，设计难度大，面型易发生多次扭曲，各镜片面型难以得到完全的将敏感度优化，使得该镜组工艺性差；超过关系式上限，光学系统的超薄特性较差，光圈数较大，不足以满足大像面、小尺寸、小光圈数的需求，光圈数和光圈呈反比关系，小光圈数对应大光圈。因此，满足上述面型及关系式，能实现光学系统在较小的光学总长下具有大光圈和大尺寸像面的特点。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.0＜f/EPD＜1.4；其中，f为光学系统的有效焦距，EPD为光学系统的入瞳直径。f/EPD反映了光学系统的相对进光量，红外感光芯片的感光能力低于可见光感光芯片。通过使光学系统满足上述关系式，可使光学系统的相对进光量获得良好的控制，满足小光圈数和匹配红外芯片的需求。低于关系式下限，光学系统的有效焦距变化不大，扩大光学系统的入瞳直径，将导致进光量变大，但5片式的光学系统难以在全视场维持良好的性能，易使镜片面型发生过度弯曲，不利于实际生产；超过关系式上限，光学系统的进光量小，不能满足光学系统对进光量的需求。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.0＜SD52/IMGH/BF＜1.2；其中，SD52为第五透镜的像侧面的有效半口径，IMGH为光学系统最大有效成像圆的半径，BF为第五透镜的像侧面到成像面沿光轴方向的最小距离。SD52/IMGH反映了第五透镜的像侧面的口径与像高的比值，配合对第五透镜的像侧面到成像面沿光轴方向的最小距离的限制，可较好的控制光线在第五透镜上的偏折角及在像面的入射角。通过使光学系统满足上述关系式，使得经过第五透镜边缘的光线高度与像面高度接近，这说明边缘视场光线在成像面上的入射角较小，且前透镜组完成了对光线的抬升，十分有利于镜头的相对亮度保持在一个较高水平。低于关系式下限，边缘视场光线在成像面上的入射角偏大，难以维持高相对亮度，易产生暗角，不符合光学系统对成像质量的需求；超过关系式上限，第五透镜的像侧面到成像面沿光轴的最小距离过小，与入射角兼顾性不佳，不符合实际需求。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.2＜(CT1+CT2+CT3)/TTL＜0.35；其中，CT1为第一透镜于光轴上的厚度，CT2为第二透镜于光轴上的厚度，CT3为第三透镜于光轴上的厚度，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，能够有效控制镜片厚度与光学总长的大小，保持镜片具有合理中厚的同时，光学系统具有较短总长，使光学系统同时具备良好的性能与紧凑性，为5片式光学系统的小型化提供便利。低于关系式下限，镜片中厚较小，不利于透镜的加工和制作，第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离较大，不利于轻薄化，量产性较差；超过关系式上限，镜片厚度足够，第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离减小，但透镜排布拥挤，光学系统的性能显著降低，导致解析力不足，成像品质降低。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.0＜f2/R21＜180；其中，f2为第二透镜的有效焦距，R21为第二透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，将第二透镜于光轴处的曲率半径限制在合理的范围，可调控第二透镜的焦距，有助于调整成像边缘的场曲和像散，满足周边的成像品质。同时，还可以避免透镜光焦度差异过大所造成的工艺性损失，光学系统的面型较为简单在工艺性和公差敏感性方面也更有优势。
一种实施方式中，光学系统满足关系式0.3＜|(SAG41+SAG51)/CT4|＜0.8；其中，SAG41为第四透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，SAG51为第五透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，CT4为第四透镜于光轴上的厚度，矢高是透镜物侧面的几何中心到透镜直径平面的垂直距离。通过使光学系统满足上述关系式，可以将第四透镜和第五透镜物侧面矢高限制在合理范围，避免第四、第五透镜物侧面的面型扭曲过度，防止设计镜片的工艺性太差。同时，矢高的限制配合第四透镜中厚的调整，可降低第四透镜的面型复杂度，保持镜片合理的厚度与面型变化趋势，降低高级像差的引入，有助于降低镜片的公差敏感性。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.9＜SD11/SD21＜1.1；其中，SD11为第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD21为第二透镜的物侧面的最大有效口径的一半。通过使光学系统满足上述关系式，可通过合理限制第二透镜物侧面的有效口径，在第二透镜物侧面处形成一个二次拦光位置。一方面，可以合理限制入射光线的范围，剔除边缘质量较差的光线，减小轴外像差，并有效提升摄像镜头组的解像力；另一方面，第一透镜形成小口径的头部优势可以延续到第二透镜，增加镜筒上小头部的深度，让镜头模组具有优良的应用效果。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1＜f123/f＜3；其中，f123为第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，将第一、第二和第三透镜的组合焦距f123限制在合理范围，可以更好的汇聚物侧光线，降低光学成像镜头系统的场曲与畸变。此外，还可以使第一、第二和第三透镜的焦距和厚度保持在合理区间，有助于减小镜片间隙，提升光学系统的紧凑性。
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、感光芯片和第一方面任一项实施方式的光学系统，光学系统的第一透镜至第五透镜安装在镜筒内，感光芯片设置在光学系统的像侧。该镜头模组可以是集成在电子设备上的成像模块，也可以是独立镜头。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，使得光接收模组具有较小的光学总长、大光圈和大尺寸像面的特点。
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三方面的深度相机，深度相机设置在壳体内。进一步的，电子设备还可包括电子感光元件，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(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。该电子设备可以是智能手机、笔记本电脑等任意具有显示屏的成像设备。通过在电子设备中加入本发明提供的深度相机，使得电子设备在具有较小的光学总长的同时，还具有大光圈和大尺寸像面的特点。
第一实施例
请参考图1和图2，本实施例的光学系统，沿光轴方向的物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S6于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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、于近圆周处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第五透镜L5，具有负屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
此外，光学系统还包括光阑STO、红外带通滤光片IR和成像面IMG。本实施例中，光阑STO设置在光学系统的物侧，用于控制进光量。红外滤光片IR设置在第五透镜L5和成像面IMG之间，其包括物侧面S11和像侧面S12，红外带通滤光片IR用于屏蔽紫外光与可见光，使得射入成像面IMG的光线仅为红外光，红外光的波长为780nm-1mm。红外滤光片IR的材质为玻璃(GLASS)，并可在玻璃上镀膜。第一透镜L1至第五透镜L5的材质为塑料(PC)。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940nm的红外光获得，Y半径、厚度和有效焦距的单位均为毫米(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为第一透镜物侧面至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，
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、S8、S9和S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表1b
图2中(a)示出了第一实施例的光学系统在波长为960.0000nm、940.0000nm、920.0000nm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940.0000nm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940.0000nm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940.0000nm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，沿光轴方向的物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面、近圆周处均为凹面，像侧面S6于近光轴处为凹面、近圆周处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S8于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第五透镜L5，具有负屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
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940nm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
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，沿光轴方向的物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面、近圆周处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凹面、近圆周处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S8于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第五透镜L5，具有负屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
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940nm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
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，沿光轴方向的物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S6于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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、于近圆周处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
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940nm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
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，沿光轴方向的物侧至像侧依次包括：
第一透镜L1，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S4于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S6于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
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、于近圆周处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
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940nm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
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。
第六实施例
请参考图11和图12，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，具有正屈折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S4于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面、近圆周处均为凹面，像侧面S6于近光轴处为凹面、近圆周处为凸面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处和近圆周处均为凹面，像侧面S8于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第五透镜L5，具有负屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面、于近圆周处为凹面，像侧面S10于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面。
第六实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表6a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940nm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6a
表6b给出了可用于第六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6b
图12示出了第六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12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7示出了第一实施例至第六实施例的光学系统中Fno*TTL/IMGH、f/EPD、SD52/IMGH/BF、(CT1+CT2+CT3)/TTL、f2/R21、|(SAG41+SAG51)/CT4|、SD11/SD21、f123/f的值。
表7
由表7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：1.8＜Fno*TTL/IMGH＜2.4、1.0＜f/EPD＜1.4、1.0＜SD52/IMGH/BF＜1.2、0.2＜(CT1+CT2+CT3)/TTL＜0.35、1.0＜f2/R21＜180、0.3＜|(SAG41+SAG51)/CT4|＜0.8、0.95＜SD11/SD21＜1.1、1.15＜f123/f＜3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 (8)

1.一种光学系统，其特征在于，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：
第一透镜，具有正屈折力，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；
第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的像侧面于近圆周处为凹面；
第五透镜，具有屈折力，所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面于近圆周处为凸面，具有屈折力的透镜为五片；
所述光学系统满足关系式：1.8＜Fno*TTL/IMGH＜2.4；1.0＜SD52/IMGH/BF＜1.2；1.0＜f2/R21＜180；
其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，IMGH为所述光学系统最大有效成像圆的半径，Fno为所述光学系统的光圈数，SD52为所述第五透镜的像侧面的最大有效口径的一半，BF为所述第五透镜的像侧面到成像面沿光轴方向的最小距离，f2为所述第二透镜的有效焦距，R21为所述第二透镜的物侧面于光轴处的曲率半径。
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：
1.0＜f/EPD＜1.4；
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。
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：
0.2＜(CT1+CT2+CT3)/TTL＜0.35；
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，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度。
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：
0.3＜|(SAG41+SAG51)/CT4|＜0.8；
其中，SAG41为所述第四透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，SAG51为所述第五透镜的物侧面最大有效口径处的矢高，CT4为所述第四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：
0.9＜SD11/SD21＜1.1；
其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD21为所述第二透镜的物侧面的最大有效口径的一半。
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：
1＜f123/f＜3；
其中，f123为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距，f为所述光学系统的有效焦距。
7.一种镜头模组，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的光学系统和感光芯片，所述感光芯片位于所述光学系统的像侧。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和如权利要求7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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