CN114002832B - 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八透镜，其中，第一透镜、第三透镜和第八透镜的物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面；第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第七透镜的物侧面于近光轴为凹面，像侧面于近光轴处为凸面；第五透镜的物侧面于近光轴处为凹面；第八透镜的物侧面和像侧面中均设置有至少一个反曲点。光学系统满足关系式：2<fcj/fdj<3；其中，fcj为光学系统处于长焦端时的有效焦距，fdj为光学系统处于短焦端时的有效焦距。通过对光学系统各透镜的面型和屈折力进行合理设计，使得光学系统具有高变焦比、高像质和小型化的特点。

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
近十几年来，随着科学技术的快速发展，可搭载于各类电子装置，像手机、笔记本、电脑、汽车、无人机及智能家居等领域的具有摄影功能的镜头的应用愈来愈广泛，其中具有变焦功能的镜头可具有更加灵活广泛的应用。为了适应拍摄场景和用户拍摄需求的多样性，摄像需要获得远近两端的清晰成像，这就要求变焦镜头具备足够的变倍效果。而变焦镜头在满足近距离和远距离成像质量的同时，往往伴随着透镜数量的增加以及复杂的镜头结构。
目前具有变焦功能的光学系统很难兼顾高变焦比和高成像质量的特性。因此，如何根据具体环境和用户需求，合理配置镜片数量、材料、厚度、屈折力等参数，提出一种高变焦比、高像质和小型化的摄像系统，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、摄像模组和电子设备，具有高变焦比、高像质和小型化的特点。
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，具有负屈折力；第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第五透镜，具有负屈折力，所述第五透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第六透镜，具有屈折力；第七透镜，具有屈折力，所述第七透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第七透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第八透镜，具有屈折力，所述第八透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第八透镜的像侧面于近光轴处为凹面，且其物侧面和像侧面中均设置有至少一个反曲点；其中，所述第一透镜至所述第三透镜相对固定并构成第一透镜组，所述第一透镜组固定；所述第四透镜至所述第六透镜相对固定并构成第二透镜组，所述第七透镜和所述第八透镜相对固定并构成第三透镜组，所述第二透镜组和所述第三透镜组在所述光轴上移动；所述光学系统满足关系式：2<fcj/fdj<3；其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距。
第一透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧凸出的弯月形面型，有利于大角度光线射入光学系统，增大光学系统的视场角范围，从而有利于光学系统短焦状态下获得较大视场角；具有负屈折力的第二透镜与第一透镜配合，进一步增大光学系统的视场范围；第三透镜具有正屈折力，有利于平衡第一透镜组前两个透镜产生的像差，同时为光学系统提供正屈折力，有利于合理的偏折光线，使光线以较小的偏转角向下一透镜组过渡。其物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面，有利于校正像面弯曲，降低组装的敏感度，提升光学系统解析力；第四透镜为第二透镜组的第一个透镜，其具有正屈折力，有利于光线在第二透镜组发散，有助于长焦状态下获得更大的焦距，提高变焦比，同时其与后透镜配合，可以很好地矫正像差。第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，于光轴处双凸的面型有利于第四透镜具有强正屈折力，缩短光学系统的总长；第五透镜具有负屈折力，有利于光线的发散，减缓第四透镜边缘出射光线的角度，其像侧面于近光轴处为凹面，可保持合适的厚薄比，有利于第五透镜的加工和制造；具有屈折力的第七透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面，有助于光线顺利通过第八透镜入射至成像面时获得合理的入射角，以保证边缘部分也能获得较高的相对亮度，进而避免成像时边缘出现暗角，保证良好的成像质量。具有屈折力的第八透镜，其物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面，有利于平衡前透镜组产生的像差，使得光学系统达到像差平衡，提升成像质量。另外像侧面于近光轴处为凹面还有利于保持足够的后焦(即第八透镜像侧面至光学系统的成像面于光轴方向上的最短距离)搭配高像素的芯片，实现高清成像。物侧面与像侧面中均设置有至少一个反曲点，有利于修正光学系统产生的畸变，能合理地控制光学系统的整体像差，实现良好的成像品质。此外，通过使光学系统满足上述关系式，使得光学系统在长焦状态下的焦距与短焦状态下的焦距的比值大于2，可以保证光学系统获得高变焦比，实现搭载变焦镜头的电子装置具有大变焦范围，提升产品竞争力。
第二方面，本发明还提供了一种镜头模组，所述镜头模组包括镜筒、感光元件和第一方面所述的光学系统，所述光学系统的所述第一透镜至所述第八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，使得镜头模组具有高变焦比、高像质和小型化的特点。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述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高变焦比和高像质的同时，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长焦端的结构示意图；
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长焦端的结构示意图；
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长焦端的结构示意图；
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长焦端的结构示意图；
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长焦端的结构示意图；
图5d示出了图5c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图6a是第六实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；
图6b示出了图6a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图6c是第六实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；
图6d示出了图6c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图7a是第七实施例的光学系统的短焦端的结构示意图；
图7b示出了图7a的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图7c是第七实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；
图7d示出了图7c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，沿着光轴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，具有负屈折力；第三透镜，具有正屈折力，第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第四透镜，具有正屈折力，第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第五透镜，具有负屈折力，第五透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第六透镜，具有屈折力；第七透镜，具有屈折力，第七透镜的物侧面于近光轴处为凹面，第七透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第八透镜，具有屈折力，第八透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第八透镜的像侧面于近光轴处为凹面，且其物侧面和像侧面中均设置有至少一个反曲点；其中，第一透镜至第三透镜相对固定并构成第一透镜组，第一透镜组固定；第四透镜至第六透镜相对固定并构成第二透镜组，第七透镜和第八透镜相对固定并构成第三透镜组，第二透镜组和第三透镜组在光轴上移动；光学系统满足关系式：2<fcj/fdj<3；其中，fcj为光学系统处于长焦端时的有效焦距，fdj为光学系统处于短焦端时的有效焦距。
第一透镜具有负屈折力，搭配于光轴处朝物侧凸出的弯月形面型，有利于大角度光线射入光学系统，增大光学系统的视场角范围，从而有利于光学系统短焦状态下获得较大视场角；具有负屈折力的第二透镜与第一透镜配合，进一步增大光学系统的视场范围；第三透镜具有正屈折力，有利于平衡第一透镜组前两个透镜产生的像差，同时为光学系统提供正屈折力，有利于合理的偏折光线，使光线以较小的偏转角向下一透镜组过渡。其物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面，有利于校正像面弯曲，降低组装的敏感度，提升光学系统解析力；第四透镜为第二透镜组的第一个透镜，其具有正屈折力，有利于光线在第二透镜组发散，有助于长焦状态下获得更大的焦距，提高变焦比，同时其与后透镜配合，可以很好地矫正像差。第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，于光轴处双凸的面型有利于第四透镜具有强正屈折力，缩短光学系统的总长；第五透镜具有负屈折力，有利于光线的发散，减缓第四透镜边缘出射光线的角度，其像侧面于近光轴处为凹面，可保持合适的厚薄比，有利于第五透镜的加工和制造；具有屈折力的第七透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面，有助于光线顺利通过第八透镜入射至成像面时获得合理的入射角，以保证边缘部分也能获得较高的相对亮度，进而避免成像时边缘出现暗角，保证良好的成像质量。具有屈折力的第八透镜，其物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面，有利于平衡前透镜组产生的像差，使得光学系统达到像差平衡，提升成像质量。另外像侧面于近光轴处为凹面还有利于保持足够的后焦(即第八透镜像侧面至光学系统的成像面于光轴方向上的最短距离)搭配高像素的芯片，实现高清成像。物侧面与像侧面中均设置有至少一个反曲点，有利于修正光学系统产生的畸变，能合理地控制光学系统的整体像差，实现良好的成像品质。此外，通过使光学系统满足上述关系式，使得光学系统在长焦状态下的焦距与短焦状态下的焦距的比值大于2，可以保证光学系统获得高变焦比，实现搭载变焦镜头的电子装置具有大变焦范围，提升产品竞争力。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：10<TTL/FFLdj<20；其中，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统成像面于光轴上的距离，FFLdj为所述光学系统处于短焦端状时的后焦。合理的光学系统总长与后焦的比值有利于缩短光学系统总长，通过使光学系统满足上述关系式，可以保证光学系统与芯片之间具有足够的安全距离，降低镜筒设计难度。另外还有利于边缘视场光线入射到感光元件，从而具有合理的主光线角，进而避免出现暗角，提高成像质量。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：-1.5<fcj/f78<-0.4；其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距，f78为第三透镜组的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，合理分配第三透镜组负屈折力的贡献量，有利于光学系统处于长焦端时具有较大的有效焦距，进而获得大变焦比特性。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：-2.5<f3/f123<-1.5；其中，f3为第三透镜的有效焦距，f123为第一透镜组的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，第一透镜组为光学系统提供足够的负屈折力的同时，第三透镜具有足够的正屈折力以平衡第一透镜和第二透镜朝负向像的球差，且有利于边缘光线平缓进入第四透镜，降低第四透镜的公差敏感性，降低制造难度。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.9<f456/f4<1.5；其中，f456为第二透镜组的组合有效焦距，f4为第四透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，第四透镜为第二透镜组贡献较强的正屈折力使得第二透镜组具有足够正屈折力去汇聚由第一透镜组射出的光线的同时，平衡第五透镜的负屈折力，有利于降低第五透镜的物侧面的最大有效口径处至第五透镜像侧面的最大有效口径处于光轴方向的距离，以缩短第二透镜组的总长进而实现光线系统的小型化。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：2<R32/R41<4.5；其中，R32为第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径，R41为第四透镜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，可以合理约束第一透镜组最后一面的面型和第二透镜组第一面的面型，有利于边缘视场光线以较合理的偏转角实现过渡，同时有利于校正光学系统像差，提高成像质量，且保证第三透镜和第四透镜的可加工性。超过关系式上限，第三透镜像侧面面型过于平缓，边缘光线经第三透镜像侧面出射后角度过大，易经第四透镜非光学有效区域反射后产生杂散光，且不利于像差校正；低于关系式下限，第三透镜像侧面过于弯曲，易导致透镜成型加工难度增加。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：2<Rg2cj/Rg2dj<2.5；其中，Rg2dj为所述光学系统处于短焦端时所述第二透镜组总长占第三透镜像侧面至第七透镜物侧面于光轴的距离的比值，Rg2cj为所述光学系统处于长焦端时所述第二透镜组总长占第三透镜像侧面至第七透镜物侧面于光轴的距离的比值。通过使光学系统满足上述关系式，以保证第二透镜组的总长在长焦和短焦状态下占第三透镜像侧面与第七透镜物侧面于光轴上的距离的比值在合理的范围内，一方面有利于缩短光学系统总长，另一方面有利于变焦过程顺畅，使相邻两透镜组之间间隙合适，切换焦距状态时不会发生碰撞，保证变焦系统的稳定性。低于关系式下限，处于长焦端时第三透镜像侧面到第七透镜物侧面在光轴上的距离过大，不利于缩短光学系统的总长；超过关系式上限时，光学系统的焦距变化量过小，降低了光学系统的变焦范围。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：SDmax/ImgH<1.3；其中，SDmax为第一透镜至第八透镜中最大有效半口径的最大值，ImgH为光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。通过使光学系统满足上述关系式，控制第一透镜至第八透镜中最大有效半口径的最大值在合理范围内，有利于减小光学系统的体积，为搭载光学系统的电子装置节省空间。同时光学系统的大像面可搭配高像素芯片，实现高像素成像。超过关系式上限，最大有效半口径的最大值过大，不利于节省空间和成本，同时会导致外径中厚比过大，减小光学系统稳定性。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：N3/N4>1.2；其中，N3为所述第三透镜的折射率，N4为所述第四透镜的折射率。满足上述关系式，第三透镜和第四透镜采用高折射率和低折射率搭配，有利于光学系统的色差校正，达到光学系统全程色差的合理平衡。
本发明还提供了一种镜头模组，该镜头模组包括镜筒、感光元件和上述任一项实施方式提供的光学系统，光学系统的第一透镜至第八透镜安装在镜筒内，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，使得镜头模组具有高变焦比、高像质和小型化的特点。
本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和本发明实施方式提供的镜头模组，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高变焦比和高像质的同时，还具有小型化的特点。
第一实施例
请参考图1a和图1c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S10于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有正屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S16于近光轴处为凹面，于近圆周处为凸面。
上述第一透镜L1至第八透镜L8的材质可以为塑料、玻璃或者玻塑混合材料。
此外，光学系统还包括光阑STO，本实施例中光阑STO置于第四透镜L4的物侧面S7，其他实施例中，光阑STO还可设置于光学系统的物侧、任意两片透镜之间或者其他透镜表面。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设置在第八透镜L8的像侧面S16和成像面IMG之间，其包括物侧面S17和像侧面S18，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，焦距的参考波长为555nm，材料折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm，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，透镜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像侧面至后一表面于光轴上的距离，D1表示第三透镜L3的像侧面S6至第四透镜L4的物侧面S7于光轴上的距离，D2表示第六透镜L6的像侧面S12至第七透镜L7的物侧面S13于光轴上的距离，D3表示第八透镜L8的像侧面S16至成像面IMG于光轴上的距离。Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)，厚度数值的正负仅代表方向。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)。
表1a
Figure GDA0004214876210000051
Figure GDA0004214876210000061
其中，EFL为光学系统的有效焦距，其包括光学系统处于短焦端时的有效焦距fdj和光学系统处于长焦端时的有效焦距fcj，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角，其单位为deg，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fdj＝8..917mm，FNO＝2.831，FOV＝85.39deg，D1＝9.01mm，D2＝4.31mm，D3＝1.86mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝18.326mm，FNO＝5.003，FOV＝48.437deg，D1＝1.66mm，D2＝1.91mm，D3＝11.60mm。
在本实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5至第八透镜L8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
Figure GDA0004214876210000062
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、A14、A16、A18和A20。
表1b
Figure GDA0004214876210000063
Figure GDA0004214876210000071
图1b(短焦)和图1d(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650.0000nm、610.0000nm、555.0000nm、510.0000nm、470.0000nm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1b(短焦)和图1d(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)和图1d(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555.0000nm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1b(短焦)和图1d(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)和图1d(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555.0000nm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1b(短焦)和图1d(长焦)中(c)可以看出，在波长为555.0000nm下，光学系统的畸变得到了很好的矫正。
由图1b(短焦)和图1d(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和图2c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面，像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有正屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S16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
Figure GDA0004214876210000081
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fdj＝8.916mm，FNO＝2.831，FOV＝85.478deg，D1＝11.878mm，D2＝4.410mm，D3＝1.080mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝22.026mm，FNO＝5.003，FOV＝40.977deg，D1＝1.66mm，D2＝1.698mm，D3＝14.008mm。
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
Figure GDA0004214876210000082
Figure GDA0004214876210000091
图2b(短焦)和图2d(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)和图2d(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和图3c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凸面；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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有负屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S16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
Figure GDA0004214876210000101
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fdj＝8.936mm，FNO＝2.736，FOV＝84.879deg，D1＝9.188mm，D2＝3.585mm，D3＝1.639mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝18.014mm，FNO＝4.332，FOV＝48.865deg，D1＝11.580mm，D2＝1.068mm，D3＝11.763mm。
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
Figure GDA0004214876210000102
Figure GDA0004214876210000111
图3b(短焦)和图3d(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)和图3d(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和图4c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；像侧面S6于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面。
第四透镜L4，具有正屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处和近圆周处均为凸面，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于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S10于近光轴处为凹面，于近圆周处均为凸面。
第六透镜L6，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处为凸面，于近圆周处均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有正屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S16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
Figure GDA0004214876210000112
Figure GDA0004214876210000121
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fdj＝8.237mm，FNO＝2.716，FOV＝89.971deg，D1＝10.164mm，D2＝4.850mm，D3＝1.376mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝16.872mm，FNO＝4.299，FOV＝51.503deg，D1＝3.006mm，D2＝1.204mm，D3＝12.179mm。
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
Figure GDA0004214876210000122
Figure GDA0004214876210000131
图4b(短焦)和图4d(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)和图4d(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和图5c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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，于近圆周处均为凸面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处为凸面，于近圆周处均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有正屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S16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
Figure GDA0004214876210000132
Figure GDA0004214876210000141
当光学系统处于短焦端时，fdj＝8.915mm，FNO＝2.735，FOV＝84.887deg，D1＝11.880mm，D2＝4.326mm，D3＝1.079mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝23.328mm，FNO＝5.003，FOV＝38.574deg，D1＝1.650mm，D2＝1.690mm，D3＝13.945mm。
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
Figure GDA0004214876210000142
图5b(短焦)和图5c(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)和图5d(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。
第六实施例
请参考图6a和图6c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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，与近圆周处为凹面；像侧面S10于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S12于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处和近圆周处均为凸面。
第八透镜L8，具有正屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S16于近光轴处和于近圆周处均为凹面。
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6a
Figure GDA0004214876210000151
Figure GDA0004214876210000161
当光学系统处于短焦端时，fdj＝7.814mm，FNO＝2.642，FOV＝93.05deg，D1＝10.915mm，D2＝4.249mm，D3＝1.023mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝19.019mm，FNO＝4.708，FOV＝46.458deg，D1＝1.350mm，D2＝1.480mm，D3＝13.356mm。
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
Figure GDA0004214876210000162
图6b(短焦)和图6c(长焦)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6b(短焦)和图6d(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。
第七实施例
请参考图7a和图7c，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于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S2于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S4于近光轴处和近圆周处均为凹面。
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，于近圆周处为凹面；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于近光轴处和近圆周处均为凸面，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于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S10于近光轴处为凹面，于近圆周处均为凸面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S11于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面；像侧面S12于近光轴处和近圆周处均为凹面。
第七透镜L7，具有正屈折力，第六透镜L6的物侧面S13于近光轴处和近圆周处均为凹面；像侧面S14于近光轴处为凸面，于近圆周处为凹面。
第八透镜L8，具有负屈折力，第八透镜L8的物侧面S15于近光轴处和近圆周处均为凸面；像侧面S16于近光轴处为凹面，于近圆周处为凸面。
第七实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表7a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7a
Figure GDA0004214876210000171
当光学系统处于短焦端时，fdj＝8.189mm，FNO＝2.665，FOV＝90.351deg，D1＝10.189mm，D2＝4.758mm，D3＝1.210mm；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fcj＝16.975mm，FNO＝4.164，FOV＝51.506deg，D1＝2.485mm，D2＝1.473mm，D3＝12.200mm。
表7b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7b
Figure GDA0004214876210000181
图7b(短焦)和图7d(长焦)示出了第七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7b(短焦)和图7d(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8示出了第一实施例至第七实施例的光学系统中fcj/fdj、TTL/FFLdj、fcj/f78、f3/f123、f456/f4、R32/R41、Rg2cj/Rg2dj、SDmax/ImgH、N3/N4>1.2的值。
表8
Figure GDA0004214876210000182
/>
Figure GDA0004214876210000191
由表8可知，第一实施例至第七实施例的光学系统均满足下列关系式：2<fcj/fdj<3、10<TTL/FFLdj<20、-1.5<fcj/f78<-0.4、-2.5<f3/f123<-1.5、0.9<f456/f4<1.5、2<R32/R41<4.5、2<Rg2cj/Rg2dj<2.5、SDmax/ImgH<1.3、N3/N4>1.2。
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，具有负屈折力；
第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；
第五透镜，具有负屈折力，所述第五透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
第六透镜，具有屈折力；
第七透镜，具有屈折力，所述第七透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第七透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
第八透镜，具有屈折力，所述第八透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第八透镜的像侧面于近光轴处为凹面，且其物侧面和像侧面中均设置有至少一个反曲点；
具有屈折力的透镜为八片；
其中，所述第一透镜至所述第三透镜相对固定并构成第一透镜组，所述第一透镜组固定；所述第四透镜至所述第六透镜相对固定并构成第二透镜组，所述第七透镜和所述第八透镜相对固定并构成第三透镜组，所述第二透镜组和所述第三透镜组在所述光轴上移动；
所述光学系统满足关系式：2<fcj/fdj<3；
其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足关系式：
10<TTL/FFLdj<20；
其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统成像面于光轴上的距离，FFLdj为所述光学系统处于短焦端时的后焦。
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：
-1.5<fcj/f78<-0.4；
其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距，f78为所述第三透镜组的组合有效焦距。
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：
-2.5<f3/f123<-1.5；
其中，f3为所述第三透镜的有效焦距，f123为所述第一透镜组的组合有效焦距。
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：
0.9<f456/f4<1.5；
其中，f456为所述第二透镜组的组合有效焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距。
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：
2<R32/R41<4.5；
其中，R32为所述第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径，R41为所述第四透镜物侧面于光轴处的曲率半径。
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：
2<Rg2cj/Rg2dj<2.5；
其中，Rg2dj为所述光学系统处于短焦端时所述第二透镜组总长占所述第三透镜像侧面至所述第七透镜物侧面于光轴的距离的比值，Rg2cj为所述光学系统处于长焦端时所述第二透镜组总长占所述第三透镜像侧面至所述第七透镜物侧面于光轴的距离的比值。
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：
SDmax/ImgH<1.3；
其中，SDmax为所述第一透镜至所述第八透镜中最大有效半口径的最大值，ImgH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半。
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八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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