CN114063250B - 光学系统及取像模组、电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学系统及取像模组、电子装置，所述光学系统从物侧至像侧沿光轴依次包括：棱镜；具有正屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面于近光轴处为凸面；具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面；具有负屈折力的第三透镜，所述第三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；具有屈折力的第四透镜，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面；具有屈折力的第五透镜；其中，所述光学系统满足下列关系式：0.4<SD11/ImgH<0.7。根据本发明的光学系统具有较好的成像品质，可以满足光学系统大像面的需求。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其是涉及一种光学系统及取像模组、电子装置。
背景技术
随着摄像相关技术的不断发展，拍照已经成为了智能电子产品的一种标配功能，消费者对有理想拍照效果的电子产品的需求也越老越高，一些高像素的光学镜头在配合优化软件算法的应用下，人拍照效果十分优秀，给消费者带来了极佳的体验。其中，光学系统性能是影响摄像设备成像质量的关键因素，而具有大像面性能的光学系统，能够允许匹配较大的感光芯片，而大的感光芯片可以较容易地具有高像素的特性，从而使得摄像设备具有较好的成像质量。因此，使得光学系统具有大像面的性能，成为光学成像技术领域的一个重要课题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有大像面、成像质量高的光学系统。
根据本发明实施例的的光学系统沿光轴由物侧到像侧依次包括棱镜、具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有负屈折力的第三透镜、具有屈折力的第四透镜和具有屈折力的第五透镜。
进一步地，第一透镜具有物侧面和像侧面，物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凸面，由此，通过双凸状的第一透镜可以有利于光线的汇聚，从而缩短光学系统的总长；第二透镜具有物侧面和像侧面，第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面，由此，通过具有负曲折力的第二透镜，搭配朝向像侧面于近光轴处内凹的面型，可以较好的抵消第一透镜产生的朝正方向的巨大球面像差；第三透镜具有物侧面和像侧面，第三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，由此，可以较好地平衡第一透镜和第二透镜带来的像差；第四透镜具有物侧面和像侧面，第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面，可轻松确保后焦，良好矫正像差。
更进一步地，光学系统满足下列关系式：0.4<SD11/ImgH<0.7，
其中，SD11为第一透镜的物面侧的最大有效口径的一半，ImgH为光学系统的成像面上有效感光区域对角线长度的一半。
满足上述关系式，通过平衡第一透镜的最大有效口径与光学系统的半像高，可以有利于对光学系统进行大像面设计，由此，可以较好的根据具有大像面的光学系统匹配高像素的感光芯片，从而提高光学系统的成像效果。同时，还可以较好地根据第一透镜的最大有效口径对潜望式镜头的口径设计，从而可以较好地减小各镜片与成像面之间的段差，以有利于镜头组装以及各镜片之间的承靠设计。若不满足上述表达式，则第一透镜的口径过大或过小，导致各镜片以及成像面之间有较大的的段差，不利于镜头组装以及各镜片之间的承靠设计。
可选地，光学系统满足以下条件式：3.5<TTL/ImgH<5；其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离。
满足上述关系，通过平衡光学系统总长和像高，使得光学系统具有大像面，从而使得可以与光学系统匹配的感光芯片的尺寸也较大，这样可匹配高像素的感光芯片，有效地压缩光学系统的尺寸，满足镜头对高像素和小型化的需求，另外，通过合理配置光学系统总长与像高，还可保持结构的紧凑性和良好的成像品质。当TTL/ImgH>4.5时，不利于光学系统紧凑化设计，也限制了可以匹配的感光芯片尺寸；当TTL/ImgH<3.9时，焦距会被缩短影响光学系统发挥长焦特性。
可选地，光学系统满足以下条件式：80<f*43/(2*ImgH)<97；其中，f为光学系统的总有效焦距。
满足上述关系式，可以使得光学系统在具备大像面的基础上，确保光学系统具备长焦的特性，从而实现近距离拍摄背景虚化、远距离拍摄清晰不虚焦等特性。若f*43/(2*ImgH)＞97，虽然使得光学系统的长焦性能得到增强，但也容易使得光学系统的总长也进一步扩大，不利于光学系统小型化设计，若f*43/(2*ImgH)<80，则不利于镜头长焦的设计需求。
可选地，光学系统满足以下条件式：10<FNO/tan(HFOV)<15；其中，FNO为光学系统的光圈数，tan(HFOV)为光学系统最大视场角一半的正切值。
满足上述关系式，可以使光学系统的进光量和视场范围取得平衡，即光学系统具有相对较小的进光量和相对较小的视场范围，能够更好地拍摄特写画面和远景。超出上限，则视场角过小，容易焦距太长而尺寸加大；超出下限，则视场角过大，不利于长焦特性设计。
可选地，光学系统满足以下条件式：0.5<BFL/f<0.75；其中，BFL为第五透镜的像侧面至成像面于光轴方向上的最短距离。
满足上述关系式，则光学系统有较大后焦距，主点远离成像面，光学系统更易产生长焦特性，拍摄更远范围内的景物；同时像面上各视场的主光线入射角也会因为镜组远离成像面而更小，因而像面获得更高的相对照度，提升成像品质。
可选地，光学系统满足以下条件式：1<f1/R11<1.3；其中，f1为第一透镜的焦距，R11为第一透镜的物侧面于光轴上的曲率半径。
满足上述关系式，通过控制第一透镜屈折力和物侧面的曲率半径比值，有利于提升系统摄远能力，同时降低系统球差，提高像平面的清晰度。当f1/R1<1时，第一透镜屈折力太大，系统负透镜矫正像差困难，成像质量不佳。当f1/R1>1.3时，第一透镜屈折力分配不均，导致光学镜头摄远能力不足。控制第一透镜有助于减少后续镜组校正像差的压力，使成像更加稳定。
可选地，光学系统满足以下条件式：1<AT45/ET51<11；其中，AT45为第四透镜的像侧面至第五透镜物侧面于光轴上的空气间隙，ET51为第五透镜物侧面最大有效径处至像侧面最大有效径处在光轴方向上的距离。
满足上述关系式，使得第一透镜具有合适的中心厚度和边缘厚度，更易成型镀膜，使光线稳定地由棱镜摄入第一透镜，降低像差。
可选地，光学系统满足以下条件式：5<R41/Sag41<18；其中，R41为第四透镜物侧面于光轴上的曲率半径，Sag41为第四透镜物侧面与光轴的交点至第四透镜最大有效径处在光轴方向上的距离。
满足上述关系式，避免了第四透镜的过度弯曲而引起光线偏折角度大，成型难度高；保持第四透镜合理的镜片弯曲情况，有利于各镜片的有效焦距分配，提供给光线以合理的偏转角度，以降低初级像差在某一镜片上的集中，降低公差敏感性。
本发明还提出一种具有上述实施例的光学系统的取像模组。
根据本发明实施例的取像模组，所述取像模组包括：光学系统和感光元件，所述感光元件设置在所述光学系统的像侧。
根据本发明实施例的取像模组，通过在镜头模组内安装光学系统的第一透镜至第七透镜，合理配置第一透镜至第七透镜的各透镜的面型和屈折力，可以使得五片式透镜的光学系统同时满足高成像质量与小型化的要求。
本发明还提出一种具有上述实施例的光学系统的电子装置。
根据本发明实施例的电子装置包括壳体和取像模组，取像模组安装在壳体上。该电子设备可以为智能手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、智能手表、无人机、电子书籍阅读器、行车记录仪、可穿戴装置等。
根据本发明实施例的电子装置，通过在电子设备中设置镜头模组，可以使得电子设备同时满足高成像质量与小型化的要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请第一实施例的光学系统的结构示意图。
图2是本申请第一实施例中光学系统的球差、像散和畸变曲线图。
图3是本申请第二实施例中光学系统的结构示意图。
图4是本申请第二实施例中光学系统的球差、像散和畸变曲线图。
图5是本申请第三实施例中光学系统的结构示意图。
图6是本申请第三实施例中光学系统的球差、像散和畸变曲线图。
图7是本申请第四实施例中光学系统的结构示意图。
图8是本申请第四实施例中光学系统的球差、像散和畸变曲线图。
图9是本申请第五实施例中光学系统的结构示意图。
图10是本申请第五实施例中光学系统的球差、像散和畸变曲线图。
图11是本申请一实施例中电子装置的结构示意图。
附图标记：
电子装置1000；取像模组100；光学系统10；
第一透镜L1；第二透镜L2；第三透镜L3；第四透镜L4；第五透镜L5；棱镜L6；
物侧面S5、S7、S9、S11、S13、S15；
像侧面S6、S8、S10、S12、S14、S16；
光阑STO；成像面S17；滤光片110；
感光元件20；
壳体200。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
下面参考图1-图11描述根据本发明实施例的光学系统10。
如图1-图11所示，根据本发明实施例的的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括棱镜L6、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、具有屈折力的第四透镜L4和具有屈折力的第五透镜L5。
进一步地，棱镜L6包括入射面、反射面和出射面，入射光线由入射面进入棱镜L6后，经反射面的发射后，经出射面射出，第一透镜L1至第五透镜L5正对棱镜L6的出射面设置，由此，经出射面射出的光线可以朝向第一透镜L1至第五透镜L5投射。
进一步地，第一透镜L1具有物侧面S5和像侧面S6，物侧面S5于近光轴处为凸面，像侧面S6于近光轴处为凸面，由此，通过双凸状的第一透镜L1可以有利于光线的汇聚，从而缩短光学系统10的总长；第二透镜L2具有物侧面S7和像侧面S8，第二透镜L2的像侧面S8于近光轴处为凹面，由此，通过具有负曲折力的第二透镜L2，搭配朝向像侧面S8于近光轴处内凹的面型，可以较好的抵消第一透镜L1产生的朝正方向的巨大球面像差；第三透镜L3具有物侧面S9和像侧面S10，第三透镜L3的物侧面S9于近光轴处为凸面，像侧面S10于近光轴处为凹面，由此，可以较好地平衡第一透镜L1和第二透镜L2带来的像差；第四透镜L4具有物侧面S11和像侧面S12，第四透镜L4的物侧面S11于近光轴处为凹面，像侧面S12于近光轴处为凸面，可轻松确保后焦，良好矫正像差。
更进一步地，光学系统满足下列关系式：0.4<SD11/ImgH<0.7，
其中，SD11为第一透镜L1的物面侧S5的最大有效口径的一半，ImgH为光学系统10的成像面S17上有效感光区域对角线长度的一半。
满足上述关系式，通过平衡第一透镜L1的最大有效口径与光学系统10的半像高，可以有利于对光学系统10进行大像面设计，由此，可以较好的根据具有大像面的光学系统10匹配高像素的感光芯片，从而提高光学系统10的成像效果。同时，还可以较好地根据第一透镜L1的最大有效口径对潜望式镜头的口径设计，从而可以较好地减小各镜片与成像面S17之间的段差，以有利于镜头组装以及各镜片之间的承靠设计。若不满足上述表达式，则第一透镜L1的口径过大或过小，导致各镜片以及成像面之间有较大的的段差，不利于镜头组装以及各镜片之间的承靠设计。
可选地，光学系统满10足以下条件式：3.5<TTL/ImgH<5；其中，TTL为第一透镜L1的物侧面至成像面S17于光轴上的距离。
满足上述关系，通过平衡光学系统10总长和像高，使得光学系统10具有大像面，从而使得可以与光学系统10匹配的感光芯片的尺寸也较大，这样可匹配高像素的感光芯片，另外，通过合理配置光学系统10总长与像高，还可保持结构的紧凑性和良好的成像品质，有效地压缩光学系统10的尺寸，满足镜头对高像素和小型化的需求。当TTL/ImgH>4.5时，不利于光学系统10紧凑化设计，也限制了可以匹配的感光芯片尺寸；当TTL/ImgH<3.9时，焦距会被缩短影响光学系统10发挥长焦特性。
可选地，光学系统10满足以下条件式：80<f*43/(2*ImgH)<97；其中，f为光学系统10的总有效焦距。
满足上述关系式，可以使得光学系统10在具备大像面的基础上，确保光学系统10具备长焦的特性，从而实现近距离拍摄背景虚化、远距离拍摄清晰不虚焦等特性。若f*43/(2*ImgH)＞97，虽然使得光学系统10的长焦性能得到增强，但也容易使得光学系统10的总长也进一步扩大，不利于光学系统10小型化设计，若f*43/(2*ImgH)<80，则不利于光学系统10长焦的设计需求。
可选地，光学系统10满足以下条件式：10<FNO/tan(HFOV)<15；其中，FNO为光学系统10的光圈数，tan(HFOV)为光学系统10最大视场角一半的正切值。
满足上述关系式，可以使光学系统10的进光量和视场范围取得平衡，即光学系统10具有相对较小的进光量和相对较小的视场范围，能够更好地拍摄特写画面和远景。超出上限，则视场角过小，容易焦距太长而尺寸加大；超出下限，则视场角过大，不利于长焦特性设计。
可选地，光学系统10满足以下条件式：0.5<BFL/f<0.75；其中，BFL为第五透镜L5的像侧面S14至成像面S17于光轴方向上的最短距离。
满足上述关系式，则光学系统10有较大后焦距，主点远离成像面S17，光学系统10更易产生长焦特性，拍摄更远范围内的景物；同时成像面S17上各视场的主光线入射角也会因为镜组远离成像面10而更小，因而成像面S17获得更高的相对照度，提升成像品质。
可选地，光学系统10满足以下条件式：1<f1/R11<1.3；其中，f1为第一透镜L1的焦距，R11为第一透镜L1的物侧面S5于光轴上的曲率半径。
满足上述关系式，通过控制第一透镜L1屈折力和物侧面S5的曲率半径比值，有利于提升光学系统10摄远能力，同时降低光学系统10球差，提高成像面S17的清晰度。当f1/R1<1时，第一透镜L1屈折力太大，系统负透镜矫正像差困难，成像质量不佳。当f1/R1>1.3时，第一透镜L1屈折力分配不均，导致光学系统10摄远能力不足。控制第一透镜L1有助于减少后续光学系统10校正像差的压力，使成像更加稳定。
可选地，光学系统10满足以下条件式：1<AT45/ET51<11；其中，AT45为第四透镜L4的像侧面S12至第五透镜L5物侧面S13于光轴上的空气间隙，ET51为第五透镜L5物侧面S13最大有效径处至像侧面S14最大有效径处在光轴方向上的距离。
满足上述关系式，使得第一透镜L1具有合适的中心厚度和边缘厚度，更易成型镀膜，使光线稳定地由棱镜L6摄入第一透镜L1，降低像差。
可选地，光学系统10满足以下条件式：5<R41/Sag41<18；其中，R41为第四透镜L4物侧面S11于光轴上的曲率半径，Sag41为第四透镜L4物侧面S11与光轴的交点至第四透镜L4最大有效径处在光轴方向上的距离。
满足上述关系式，避免了第四透镜L4的过度弯曲而引起光线偏折角度大，成型难度高；保持第四透镜L4合理的镜片弯曲情况，有利于各镜片的有效焦距分配，提供给光线以合理的偏转角度，以降低初级像差在某一镜片上的集中，降低公差敏感性。
在一些实施例中，光学系统10的至少一个透镜具有非球面面型，当透镜的至少一侧表面(物侧面或像侧面)为非球面时，即可称该透镜具有非球面面型。在一个实施例中，可以将各透镜的物侧面及像侧面均设计为非球面。非球面设计能够帮助光学系统更为有效地消除像差，改善成像品质。在一些实施例中，光学系统的至少一个透镜可具有球面面型，球面面型的设计可降低透镜的制备难度，降低制备成本。在一些实施例中，为了兼顾制备成本、制备难度、成像品质、组装难度等，光学系统中的各透镜表面的设计可由非球面及球面面型搭配而成。应注意的是，当某个透镜的物侧面或像侧面为非球面时，该面可以存在反曲结构，此时该面由中心至边缘的面型种类将发生改变，例如一个透镜表面在近光轴处为凸面，而在靠近最大有效孔径处则为凹面。
非球面的面型计算可参考非球面公式：
其中，Z为非球面上相应点到该面于光轴处的切平面的距离，r为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面于光轴处的曲率，k为圆锥系数，Ai为非球面面型公式中与第i阶高次项相对应的高次项系数。
另一方面，在一些实施例中，光学系统10中至少一个透镜的材质为塑料(Plastic)，塑料材质可以为聚碳酸酯、树胶等。在一些实施例中，光学系统10中至少一个透镜的材质为玻璃(Glass)。具有塑料材质的透镜能够降低光学系统10的生产成本，而具有玻璃材质的透镜能够耐受较高或较低的温度且具有优良的光学效果及较佳的稳定性。在一些实施例中，光学系统10中可设置不同材质的透镜，即可采用玻璃透镜及塑料透镜相结合的设计，但具体配置关系可根据实际需求而确定，此处不加以穷举。
在本申请的第一个具体实施例中，参考图1-图2所示，第一实施例的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括：棱镜L6，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，具有负屈折力的第四透镜L4，具有正屈折力的第五透镜L5。
其中，第一透镜L1的物侧面S5在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S6在近光轴处为凸面，第二透镜L2的物侧面S7在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S8在近光轴处为凹面，第三透镜L3的物侧面S9在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S10在近光轴处为凹面，第四透镜L4的物侧面S11在近光轴处为凹面，第四透镜L4的像侧面S12在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S13在近光轴处为凸面，第五透镜L5的像侧面S14在近光轴处为凹面。
第一实施例中的光学系统10满足表1的条件。由光学系统10的物侧至像侧的各元件依次按照表1从上至下的顺序排列，其中滤光片110可以为光学系统10的一部分，也可从光学系统10中去除，但当去除滤光片110后，光学系统10的光学总长TTL保持不变。滤光片110可以为红外截止滤光片。表1中Y半径为透镜相应表面于光轴101处的曲率半径。透镜于“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后一光学元件(透镜或光阑)于光轴的距离，其中，厚度的正负指的是：以成像面S17至棱镜L6的方向为正，以棱镜L6至成像面S17的方向为负，其中光阑STO的厚度参数表示光阑面至像方相邻透镜的物侧面于光轴101上的距离。表格中各透镜的折射率、阿贝数、焦距(有效焦距)的参考波长为587.6nm，且Y半径、厚度、焦距(有效焦距)的数值单位均为毫米(mm)。另外，以下各实施例中用于关系式计算的参数数据和透镜面型结构以相应实施例中的透镜参数表格中的数据为准。
表1
需要说明的是，f为光学系统10的总有效焦距，FNO为光学系统10的光圈数，HFOV为光学系统10的最大视场角的一半，TTL为第一透镜L1的物侧面S1到光学系统10的成像面S17在光轴上的距离。
本实施例中，五个透镜的物侧面和像侧面均为非球面，且各个非球面的表面对应的圆锥常数K和非球面系数如表2所示：
表2
进一步地，参照图2，图2示出了第一实施例中的光学系统10在波长为656.3nm，587.6nm，468.1nm下的纵向球差曲线图。图2中，横坐标表示焦点偏移，纵坐标表示归一化视场。由图2可以看出，第一实施例中的光学系统10的球差数值较佳，说明本实施例中的光学系统10的成像质量较好。
请参照图2，图2为第一实施例中的光学系统10在波长为587.6nm下的光线像散图。其中，横坐标表示焦点偏移，纵坐标表示像高，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可以看出，本实施例中的光学系统10的像散得到了较好的补偿。
请参照图2，图2为第一实施例中的光学系统10在波长为587.6nm下的畸变曲线图。其中，横坐标表示畸变，纵坐标表示像高，单位为mm。由图2可以看出，在波长587.6nm下，本实施例中的光学系统10的畸变得到了很好的校正。
由图2可以看出，本实施例中的光学系统10的像差较小、成像质量较好，具有优良的成像品质。
在本申请的第二个具体实施例中，参考图3-图4所示，第二实施例的光学系统沿光轴由物侧到像侧依次包括：棱镜L6，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，具有负屈折力的第四透镜L4，具有正屈折力的第五透镜L5。
其中，第一透镜L1的物侧面S5在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S6在近光轴处为凸面，第二透镜L2的物侧面S7在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S8在近光轴处为凹面，第三透镜L3的物侧面S9在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S10在近光轴处为凹面，第四透镜L4的物侧面S11在近光轴处为凹面，第四透镜L4的像侧面S12在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S13在近光轴处为凸面，第五透镜L5的像侧面S14在近光轴处为凹面。
第二实施例中光学系统10的各透镜参数由表3和表4给出，其中各元件名称和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。
表3
本实施例中，五个透镜的物侧面和像侧面均为非球面，且各个非球面的表面对应的圆锥常数K和非球面系数如表4所示：
表4
/>
另外，由图4中的像差图可知，光学系统10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10拥有良好的成像品质。
根据本发明第三个具体实施例中，参考图5-图6所示，第三实施例的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括：棱镜L6，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，具有正屈折力的第五透镜L5。
其中，第一透镜L1的物侧面S5在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S6在近光轴处为凸面，第二透镜L2的物侧面S7在近光轴处为凹面，第二透镜L2的像侧面S8在近光轴处为凹面，第三透镜L3的物侧面S9在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S10在近光轴处为凹面，第四透镜L4的物侧面S11在近光轴处为凹面，第四透镜L4的像侧面S12在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S13在近光轴处为凸面，第五透镜L5的像侧面S14在近光轴处为凹面。
第三实施例中光学系统10的各透镜参数由表5和表6给出，其中各元件名称和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。
表5
/>
本实施例中，五个透镜的物侧面和像侧面均为非球面，且各个非球面的表面对应的圆锥常数K和非球面系数如表6所示：
表6
| 面序号 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| K | -1.365E-01 | -1.907E-10 | -8.615E+01 | -3.508E+01 | 6.664E+01 |
| A4 | -2.376E-04 | -9.057E-03 | 5.821E-03 | 9.716E-04 | 5.364E-03 |
| A6 | 1.280E-04 | 6.482E-04 | -2.815E-03 | 9.879E-04 | -4.296E-03 |
| A8 | -8.604E-05 | -4.188E-05 | 1.183E-03 | -7.618E-04 | 9.695E-04 |
| A10 | 6.302E-06 | 2.254E-05 | -3.074E-04 | 2.625E-04 | 1.162E-04 |
| A12 | 2.520E-06 | -6.101E-06 | 3.703E-05 | -4.980E-05 | -6.949E-05 |
| A14 | -4.263E-07 | 4.112E-07 | -1.470E-06 | 3.746E-06 | 6.855E-06 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 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 |
| 面序号 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| K | 2.340E-01 | -1.826E-01 | -2.663E+00 | 5.477E-12 | 7.827E+01 |
| A4 | 2.114E-02 | -3.889E-03 | -1.228E-03 | -2.999E-03 | -2.659E-03 |
| A6 | -9.601E-03 | -4.562E-05 | -6.098E-05 | 5.221E-04 | 4.530E-04 |
| A8 | 3.090E-03 | 2.960E-05 | 9.648E-05 | -3.018E-05 | -2.169E-05 |
| A10 | -4.240E-04 | 5.346E-05 | 4.457E-06 | 8.091E-07 | 1.853E-07 |
| A12 | -3.095E-06 | -2.327E-05 | -8.163E-06 | -5.945E-09 | 2.289E-08 |
| A14 | 3.854E-06 | 1.564E-06 | 7.876E-07 | -3.333E-10 | -8.816E-10 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 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 |
另外，由图6中的像差图可知，光学系统10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10拥有良好的成像品质。
在本申请的第四个具体实施例中，参考图7和图8所示，第四实施例的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括：棱镜L6，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，具有负屈折力的第五透镜L5。
其中，第一透镜L1的物侧面S5在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S6在近光轴处为凸面，第二透镜L2的物侧面S7在近光轴处为凹面，第二透镜L2的像侧面S8在近光轴处为凹面，第三透镜L3的物侧面S9在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S10在近光轴处为凹面，第四透镜L4的物侧面S11在近光轴处为凹面，第四透镜L4的像侧面S12在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S13在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S14在近光轴处为凸面。
第四实施例中光学系统10的各透镜参数由表7和表8给出，其中各元件名称和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。
表7
本实施例中，五个透镜的的物侧面和像侧面均为非球面，且各个非球面的表面对应的圆锥常数K和非球面系数如表8所示：
表8
/>
另外，由图8中的像差图可知，光学系统10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10拥有良好的成像品质。
在本申请的第五个具体实施例中，参考图9和图10所示，第五实施例的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括：棱镜L6，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，具有负屈折力的第五透镜L5。
其中，第一透镜L1的物侧面S5在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S6在近光轴处为凸面，第二透镜L2的物侧面S7在近光轴处为凹面，第二透镜L2的像侧面S8在近光轴处为凹面，第三透镜L3的物侧面S9在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S10在近光轴处为凹面，第四透镜L4的物侧面S11在近光轴处为凹面，第四透镜L4的像侧面S12在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S13在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S14在近光轴处为凸面。
第五实施例中光学系统10的各透镜参数由表9和表10给出，其中各元件名称和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。
表9
/>
本实施例中，五个透镜的物侧面和像侧面均为非球面，且各个非球面的表面对应的圆锥常数K和非球面系数如表10所示：
表10
| 面序号 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| K | -4.111E-02 | -1.907E-10 | -7.868E+02 | -1.354E+01 | 2.059E+02 |
| A4 | -6.612E-04 | -7.663E-03 | 8.164E-03 | 1.559E-03 | 3.254E-03 |
| A6 | 1.345E-04 | -2.172E-04 | -5.235E-03 | -1.753E-03 | -6.645E-04 |
| A8 | -1.037E-04 | 4.492E-04 | 2.524E-03 | 1.127E-03 | -1.463E-03 |
| A10 | 2.781E-05 | -9.799E-05 | -6.262E-04 | -2.593E-04 | 8.438E-04 |
| A12 | -4.144E-06 | 4.434E-06 | 6.881E-05 | 1.343E-05 | -1.721E-04 |
| A14 | 2.695E-07 | 5.928E-07 | -2.059E-06 | 1.642E-06 | 1.288E-05 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 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 |
| 面序号 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| K | 1.907E-01 | -1.954E-01 | -2.753E+00 | 5.477E-12 | 1.295E-01 |
| A4 | 1.776E-02 | -2.228E-03 | -9.385E-04 | -6.381E-03 | -2.706E-03 |
| A6 | -2.421E-03 | 8.682E-04 | 4.787E-04 | 1.043E-03 | 2.553E-04 |
| A8 | -1.481E-03 | -9.359E-04 | -5.505E-04 | -1.101E-04 | 1.365E-05 |
| A10 | 8.345E-04 | 2.556E-04 | 2.109E-04 | 5.864E-05 | -5.989E-06 |
| A12 | -1.488E-04 | -2.776E-05 | -3.437E-05 | -1.094E-05 | 1.328E-06 |
| A14 | 8.599E-06 | -3.654E-07 | 1.990E-06 | 1.344E-06 | -8.421E-08 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 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 |
另外，由图10中的像差图可知，光学系统10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10拥有良好的成像品质。
请参阅表11，表11示出了本发明第一实施例至第五实施例中的TTL/ImgH、f1/R11、f*43/(2*ImgH)、SD11/ImgH、BFL/f、FNO/tan(HFOV)、AT45/ET51、R41/Sag41的值。
表11
由表11可见，第一实施例至第五实施例中的光学系统10均满足下述条件：3.5<TTL/ImgH<5、1<f1/R11<1.3、80<f*43/(2*ImgH)<97、0.4<SD11/ImgH<0.7、0.5<BFL/f<0.75、10<FNO/tan(HFOV)<15、1<AT45/ET51<11、5<R41/Sag41<18。
本发明还提出一种具有上述实施例的光学系统10的取像模组。
根据本发明实施例的取像模组包括光学系统10和感光元件，感光元件设置在光学系统10的像侧。
根据本发明实施例的取像模组，通过在镜头模组内安装光学系统10，合理配置第一透镜L1至第五透镜L5的各透镜的面型和屈折力，可以使得五片式透镜的光学系统10同时满足高成像质量与大像面的要求。
如图11所示，本发明还提出一种具有上述实施例的光学系统10的电子装置1000。
如图11所示，根据本发明实施例的电子装置1000包括壳体200和取像模组100，取像模组100安装在壳体200上。该电子设备可以为智能手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、智能手表、无人机、电子书籍阅读器、行车记录仪、可穿戴装置等。
根据本发明实施例的电子装置1000，通过在电子设备中设置取像模组100，可以使得电子设备同时满足高成像质量与大像面的要求。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种光学系统，共有五片具有屈折力的透镜，其特征在于，所述光学系统从物侧至像侧沿光轴依次包括：
棱镜；
具有正屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面于近光轴处为凸面；
具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有负屈折力的第三透镜，所述第三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；
具有屈折力的第四透镜，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面；
具有屈折力的第五透镜；
所述第四透镜和第五透镜不全具有负屈折力；
所述光学系统满足下列关系式：
0.4<SD11/ImgH<0.7，
3.5<TTL/ImgH<5；
10<FNO/tan(HFOV)<15；
0.5<BFL/f<0.75；
其中，SD11为所述第一透镜的物面侧的最大有效口径的一半，ImgH为所述光学系统的成像面上有效感光区域对角线长度的一半，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述成像面于所述光轴上的距离，FNO为所述光学系统的光圈数，tan(HFOV)为所述光学系统最大视场角一半的正切值，BFL为所述第五透镜的像侧面至成像面于光轴方向上的最短距离，f为所述光学系统的总有效焦距。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
80<f*43/(2*ImgH)<97；
f为所述光学系统的总有效焦距。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
1<f1/R11<1.3；
其中，f1为第一透镜的焦距，R11为第一透镜的物侧面于光轴上的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
1<AT45/ET51<11；
其中，AT45为所述第四透镜的像侧面至所述第五透镜物侧面于光轴上的空气间隙，ET51为所述第五透镜物侧面最大有效径处至像侧面最大有效径处在光轴方向上的距离。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
5<R41/Sag41<18；
其中，R41为所述第四透镜物侧面于光轴上的曲率半径，Sag41为所述第四透镜物侧面与所述光轴的交点至所述第四透镜最大有效径处在光轴方向上的距离。
6.一种取像模组，其特征在于，所述取像模组包括：
权利要求1至5中任意一项所述的光学系统；
感光元件，所述感光元件设置在所述光学系统的像侧。
7.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：
壳体；
权利要求6所述的取像模组，所述取像模组安装在所述壳体上。
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