CN114185161B - 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：具有正屈折力的第一透镜、第三透镜和第五透镜、具有负屈折力的第二透镜和第四透镜和具有屈折力的第六透镜和第七透镜，第一透镜、第五透镜至第七透镜的物侧面和像侧面均为非球面，第一透镜和第五透镜的物侧面于光轴附近为凸面，第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面，第三透镜的物侧面为和像侧面均为凸面，第六透镜的物侧面于光轴附近为凹面，第七透镜的像侧面于光轴附近为凹面，第七透镜的物侧面与像侧面中均设置有至少一个反曲点。本发明的光学系统通过满足上述条件，便具有大范围变焦、良好的畸变校正和高解析力的特点。

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
随着科学技术的快速发展，搭载摄影镜头的各类电子设备的应用愈来愈广泛，如手机、笔记本、电脑、汽车、无人机及智能家居等。传统的具有变焦功能的光学系统为了能够具备足够的变倍效果，在远近两端的清晰成像，以满足用户拍摄需求的多样性，传统的变焦系统往往具有大量的透镜，这使镜头结构无比复杂。因此，在大范围变焦的基础上，使畸变得到良好的校正，并提高光学系统的解析力，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、良好的畸变校正和高解析力的特点。
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，所述第一透镜的物侧面于光轴附近为凸面，第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的物侧面于光轴附近为凹面，所述第二透镜的像侧面于光轴附近为凹面，第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面于光轴附近为凸面，所述第三透镜的像侧面于光轴附近为凸面，第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的物侧面于光轴附近为凹面，第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面于光轴附近为凸面，第六透镜，具有屈折力，所述第六透镜的物侧面于光轴附近为凹面，第七透镜，具有屈折力，所述第七透镜的像侧面于光轴附近为凹面，所述第七透镜的物侧面与像侧面中均设置有至少一个反曲点。所述光学系统满足关系式：-2<fcj/F67<-1.4；其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距；F67为实施第六透镜和所述第七透镜的组合有效焦距。
所述第一透镜和所述第二透镜相对固定并构成第一透镜组，所述第一透镜组固定；所述第三透镜至所述第五透镜相对固定并构成第二透镜组，所述第六透镜和所述第七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以实现长焦端、中焦端和短焦端依次切换。
其中，第一透镜和第五透镜至第七透镜为非球面，第二透镜至第四透镜为球面。第一透镜具有正屈折力，使得光学系统可以得到更大的光通量，减少成像面的暗角出现的概率。第一透镜物侧面于光轴附近为凸面，使得光学系统的视场角更大。第二透镜的物侧面和像侧面与光轴附近均为凹面，使得第二透镜的负屈折力得到加强，有利于边缘视场角偏转角的降低，从而使得光线过渡到第二透镜组的过程更加流畅，使得前透镜产生的畸变得到很好的校正。第五透镜具有正屈折力，使得平衡光学系统的轴上像差可以得到很好的平衡，从而提高光学系统的解析力。第三透镜组拥有合理的光焦度分配，可有效减小像差。同时第七透镜像侧面的面型可以根据需要调节，从而使入射至像面的光线的入射角根据需要调节，使得成像面边缘具的相对照度可以得到保证，同时有利于本发明的光学系统搭配较高像素的感光元件，从而进一步提升成像质量。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理的发挥出第三透镜组的负屈折力的作用，有利于增大长焦端有效焦距，从而使光学系统获得大变焦比。
一种实施方式中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述光学系统满足关系式：-1.6<r32/f345<-0.9或1<f5/r51<2；其中，r32为所述第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径，f345为所述第三透镜至第五透镜的组合有效焦距，f5为所述第五透镜的有效焦距，r51为所述第五透镜物侧面于光轴处的曲率半径。第三透镜和第四透镜胶合配合，有利于使第一透镜组的像差得到校正，同时还有利于所述光学系统获得较大的长焦端焦距，从而使得变焦范围变大。通过使光学系统满足关系式：1<f5/r51<2，使得第五透镜的焦距和物侧面于光轴附近的弯曲程度得到合理配置，有利于保证第五透镜的加工工艺性，可以缩短系统总长，矫正前透镜产生的像差，还可以保证边缘光线能够顺利的向第三透镜组过渡，获得较高的相对亮度，从而提升成像品质。通过使光学系统满足关系式：-1.6<r32/f345<-0.9，将比值控制在合理范围内时，有利于第三透镜和第四透镜胶合，胶合成的胶合透镜的胶合面具有合理的弯曲度，可以保证胶合透镜具有可加工的特性，从而使得第二透镜组为所述光学系统提供足够的正屈折力，同时还可以有效矫正前后透镜产生的像差，使整体达到相差平衡，提高系统解像力。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2.01>fcj/fdj>1.7；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。可以在平衡性能和工艺可行性的前提下使所述光学系统获得大变焦比，实现搭载镜头模组的电子设备具有大变焦范围。一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-1.6<f4/f3<-1.2。其中，f3为所述第三透镜的有效焦距；f4为所述第四透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，当第三透镜和第四透镜组成胶合透镜时，组成的胶合透镜可以为第二透镜组提供合理的屈折力。有利于通过合理分配第三透镜正屈折力和第四透镜负屈折力，保证第三透镜和第四透镜的加工工艺性，从而提高镜片组装的稳定性，使所述光学系统获得良好的成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-4<r61/r72<-1.2。其中，r72为所述第七透镜像侧面于光轴处的曲率半径；r61为所述第六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，可以合理的约束第三透镜组靠近物侧面的面型和靠近像侧面的面型，有利于边缘视场光线获得较合理的偏转角，还有利于校正所述光学系统像差，提高成像质量，同时，可以保证第六透镜和第七透镜的可加工性。超过关系式上限，第七透镜像侧面的面型过于平缓，不利于像差的校正。低于关系式下限，第七透镜像侧面的面型弯曲严重，使镜片的加工难度显著提升。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：4<d3dj/d1cj<10。其中，d3dj为所述光学系统处于短焦端时，第七透镜的像侧面至红外截止滤光片物侧面在光轴上的距离；d1cj为所述光学系统处于长焦端时，第二透镜的像侧面至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，一方面，有利于提高光学系统的变焦比，从而实现扩大倍率变化的范围。另一方面，还有利于保证变焦行程中各透镜组之间保持安全合理的距离，从而提高拍摄过程中倍率切换的稳定性。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：fdj/EPDdj<2.9。其中，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距；EPDdj为所述光学系统处于短焦端时的入瞳直径。通过使光学系统满足上述关系式，当将比值控制在合理范围内时，有利于缩短系统总长，实现所述光学系统的小型化，还有利于增大光学系统的光圈，使得光学系统处于昏暗环境下也能获得足够的光通量，提高成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：sd11dj/tan(Hfovdj)<12。其中，sd11dj为所述光学系统处于短焦端时，所述第一透镜物侧面的最大有效半口径；Hfovdj为所述光学系统处于短焦端时的半视场角。通过使光学系统满足上述关系式，有利于缩小镜头的体积，使得搭载有光学系统的电子设备可以拥有更多的空间，同时可以保证在短焦端下具有较大的视场角，使得光学系统在拍摄时可以摄入较大景物范围。当高于关系式上限时，第一透镜物侧面的最大有效半口径过大，不利于所述光学系统小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：4<TTL/ctg3<7或5.4<TTL/ImgH<5.7。TTL为所述第一透镜物侧面至所述光学系统成像面于光轴上的距离，ctg3为第六透镜的物侧面至第七透镜的像侧面于光轴上距离；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关系式：4<TTL/ctg3<7，将比值控制在合理的范围内时，有利于缩短系统总长，通过合理分配给第三透镜组总长占比，使第三透镜组与其他透镜组配合，从而提高所述光学系统的稳定性。当比值低于关系式下限时，第三透镜组的总长过大，不利于缩短系统总长。当比值高于关系式上限时，第三透镜组是总长过小，第三透镜与其他透镜组总长的占比差异过大，从而使得光学系统稳定性降低。通过使光学系统满足关系式：5.4<TTL/ImgH<5.7，有利于有效降低所述光学镜头的总尺寸，并降低系统的敏感度，还有利于光学系统获得更大的长焦端焦距，提升变焦比，同时也能够匹配更高像素的感光元件，使拍出的照片更加清晰，从而拍摄出物体更多的细节。
第二方面，本发明提供一种镜头模组，包括镜筒、感光元件和第一方面种实施方式中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七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。
第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括壳体和第二方面种实施方式中任一项所述的镜头模组，所述镜头模组设置在所述壳体内。
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；
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中焦端的结构示意图；
图6d示出了图6c的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图6e是第六实施例的光学系统的长焦端的结构示意图；
图6f示出了图6e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，所述第一透镜的物侧面于光轴附近为凸面，第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的物侧面于光轴附近为凹面，所述第二透镜的像侧面于光轴附近为凹面，第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面于光轴附近为凸面，所述第三透镜的像侧面于光轴附近为凸面，第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的物侧面于光轴附近为凹面，第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面于光轴附近为凸面，第六透镜，具有屈折力，所述第六透镜的物侧面于光轴附近为凹面，第七透镜，具有屈折力，所述第七透镜的像侧面于光轴附近为凹面，第七透镜的物侧面和像侧面中均设置有至少一个反曲点。所述光学系统满足关系式：-2<fcj/F67<-1.4；其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距；F67为实施第六透镜和所述第七透镜的组合有效焦距。
所述第一透镜和所述第二透镜相对固定并构成第一透镜组，所述第一透镜组固定；所述第三透镜至所述第五透镜相对固定并构成第二透镜组，所述第六透镜和所述第七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以实现长焦端、中焦端和短焦端依次切换。
其中，第一透镜和第五透镜至第七透镜为非球面，第二透镜至第四透镜为球面。第一透镜具有正屈折力，使得光学系统可以得到更大的光通量，减少成像面的暗角出现的概率。第一透镜物侧面于光轴附近为凸面，使得光学系统的视场角更大。第二透镜的物侧面和像侧面与光轴附近均为凹面，使得第二透镜的负屈折力得到加强，有利于边缘视场角偏转角的降低，从而使得光线过渡到第二透镜组的过程更加流畅，使得前透镜产生的畸变得到很好的校正。第五透镜具有正屈折力，使得平衡光学系统的轴上像差可以得到很好的平衡，从而提高光学系统的解析力。第三透镜组拥有合理的光焦度分配，可有效减小像差。同时第七透镜像侧面的面型可以根据需要调节，从而使入射至像面的光线的入射角根据需要调节，使得成像面边缘具的相对照度可以得到保证。本发明的光学系统还可搭配较高像素的感光元件，从而进一步提升成像质量。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理的发挥出第三透镜组的负屈折力的作用，有利于增大长焦端有效焦距，从而使光学系统获得大变焦比。
可选的，第一透镜至第七透镜为非球面。一种实施方式中，第一透镜和第五透镜至第七透镜为非球面，第二透镜至第四透镜为球面。
一种实施方式中，第一透镜至第七透镜的材质可以为塑料、玻璃或玻塑混合材料。其中，玻璃材料的设置可以实现利用非球面透镜校正像差能力，搭配球面透镜，从而有效消除透镜折射率随温度变化带来的后焦漂移，使得镜头模组在高温和低温环境下仍具有良好的分辨率，从而在保证成像质量的基础上实现高解析力的效果。
棱镜设置在光学系统前，可以有助于镜头更好的排布于手机中，为手机节省空间，达到潜望镜头效果，从而达到小型化的效果。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理的发挥出第三透镜组的负屈折力的作用，有利于增大长焦端有效焦距，从而使光学系统获得大变焦比。
请参考图1a-6a、图1c-6c和图1e-6e，在第一透镜的物侧面设置有直角棱镜E，直角棱镜E具有入射面A1、反射面A2和出射面A3，入射面A1和出射面A3垂直连接，反射面A2连接入射面A1和出射面A3。可以理解的是，光线垂直进入直角棱镜E的入射面A1，并经直角棱镜E的反射面A2全反射后从出射面A3出射，实现将光线转向并使光线进入透镜部分。本发明的光学系统搭配棱镜使用可以节省空间，实现潜望的效果，并有利于镜头模组和电子设备小型化设计。
在本发明中，第一透镜和第二透镜共同构成第一透镜组，第三透镜至第五透镜共同构成第二透镜组，第六透镜和第七透镜共同构成第三透镜组。
通过设置直角棱镜，以使光线发生偏转，组成潜望式结构，一方面，该潜望式结构安装在电子设备上，可以实现长焦拍摄，且使得长焦拍摄更加稳定，另一方面，潜望式镜头与机身平行式的设计，可以很好的弥补光学变焦所带来的机身增厚问题。同时，安装有潜望式结构的电子设备在成像上还具有中央和边缘的锐度差别不大、画面的细腻度得到很好的平衡的效果；
一种实施方式中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述光学系统满足关系式：-1.6<r32/f345<-0.9或1<f5/r51<2；其中，r32为所述第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径；f345为所述第三透镜至第五透镜的组合有效焦距；f5为所述第五透镜的有效焦距；r51为所述第五透镜物侧面于光轴处的曲率半径。第三透镜和第四透镜胶合配合，有利于使第一透镜组的像差得到校正，同时还有利于所述光学系统获得较大的长焦端焦距，从而使得变焦范围变大。通过使光学系统满足关系式：1<f5/r51<2，使得第五透镜的焦距和物侧面于光轴附近的弯曲程度得到合理配置，有利于保证第五透镜的加工工艺性，可以缩短系统总长，矫正前透镜产生的像差，还可以保证边缘光线能够顺利的向第三透镜组过渡，获得较高的相对亮度，从而提升成像品质。通过使光学系统满足关系式：-1.6<r32/f345<-0.9，将比值控制在合理范围内时，有利于第三透镜和第四透镜胶合，胶合成的胶合透镜的胶合面具有合理的弯曲度，可以保证胶合透镜具有可加工的特性，从而使得第二透镜组为所述光学系统提供足够的正屈折力，同时还可以有效矫正前后透镜产生的像差，使整体达到相差平衡，提高系统解像力。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2.01>fcj/fdj>1.7；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。当长焦端下的焦距与短焦端下的焦距的比值大于1.7时，可以在平衡性能和工艺可行性的前提下使所述光学系统获得大变焦比，实现搭载镜头模组的电子设备具有大变焦范围。因此，本发明的光学系统具有大范围变焦、良好的畸变校正和高解析力的特点。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1<f5/r51<2。其中，f5为所述第五透镜的有效焦距；r51为所述第五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，使得第五透镜为第二透镜组提供正屈折力，有利于保证第五透镜的加工工艺性，可以缩短系统总长，矫正前透镜产生的像差，还可以保证边缘光线能够顺利的向第三透镜组过渡，获得较高的相对亮度，从而提升成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-1.6<f4/f3<-1.2。其中，f3为所述第三透镜的有效焦距；f4为所述第四透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，当第三透镜和第四透镜组成胶合透镜时，组成的胶合透镜可以为第二透镜组提供合理的屈折力。有利于通过合理分配第三透镜正屈折力和第四透镜负屈折力，保证第三透镜和第四透镜的加工工艺性，从而提高镜片组装的稳定性，使所述光学系统获得良好的成像品质。
一种实施方式中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述光学系统满足关系式：-1.6<r32/f345<-0.9。其中，r32为所述第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径；f345为所述第三透镜至第五透镜的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，将比值控制在合理范围内时，有利于第三透镜和第四透镜胶合，胶合成的胶合透镜的胶合面具有合理的弯曲度，可以保证胶合透镜具有可加工的特性，从而使得第二透镜组为所述光学系统提供足够的正屈折力，同时还可以有效矫正前后透镜产生的像差，使整体达到相差平衡，提高系统解像力。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-4<r61/r72<-1.2。其中，r72为所述第七透镜像侧面于光轴处的曲率半径；r61为所述第六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，可以合理的约束第三透镜组靠近物侧面的面型和靠近像侧面的面型，有利于边缘视场光线获得较合理的偏转角，还有利于校正所述光学系统像差，提高成像质量，同时，可以保证第六透镜和第七透镜的可加工性。超过关系式上限，第七透镜像侧面的面型过于平缓，不利于像差的校正。低于关系式下限，第七透镜像侧面的面型弯曲严重，使镜片的加工难度显著提升。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：(n2+n3+n4)/n3>3.1。其中，n2为所述第二透镜的折射率，n3为所述第三透镜的折射率；n4为所述第四透镜的折射率。通过使光学系统满足上述关系式，并将第二透镜至第四透镜的材料选为玻璃材料，有利于提高镜头整体在高温高湿环境下的稳定性。通过合理配置第二透镜至第四透镜的折射率，有利于校正所述光学系统的色差、减小镜头总体重量和提高成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：4<d3dj/d1cj<10。其中，d3dj为所述光学系统处于短焦端时，所述第七透镜的像侧面与红外截止滤光片物侧面于光轴上的距离；d1cj为所述光学系统处于长焦端时，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，一方面，有利于提高光学系统的变焦比，从而实现扩大倍率变化的范围。另一方面，还有利于保证变焦行程中各透镜组之间保持安全合理的距离，从而提高拍摄过程中倍率切换的稳定性。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：5.4<TTL/ImgH<5.7。其中，TTL为所述第一透镜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。通过使光学系统满足上述关系式，有利于有效降低所述光学镜头的总尺寸，并降低系统的敏感度，还有利于光学系统获得更大的长焦端焦距，提升变焦比，同时也能够匹配更高像素的感光元件，使拍出的照片更加清晰，从而拍摄出物体更多的细节。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：fdj/EPDdj<2.9。其中，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距；EPDdj为所述光学系统处于短焦端时的入瞳直径。通过使光学系统满足上述关系式，当将比值控制在合理范围内时，有利于缩短系统总长，实现所述光学系统的小型化，还有利于增大光学系统的光圈，使得光学系统处于昏暗环境下也能获得足够的光通量，提高成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：sd11dj/tan(Hfovdj)<12。其中，sd11dj为所述光学系统处于短焦端时，所述第一透镜物侧面的最大有效半口径；Hfovdj为所述光学系统处于短焦端时的半视场角。通过使光学系统满足上述关系式，有利于缩小镜头的体积，使得搭载有光学系统的电子设备可以拥有更多的空间，同时可以保证在短焦端下具有较大的视场角，使得光学系统在拍摄时可以摄入较大景物范围。当高于关系式上限时，第一透镜物侧面的最大有效半口径过大，不利于所述光学系统小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：4<TTL/ctg3<7或5.4<TTL/ImgH<5.7。TTL为所述第一透镜物侧面至所述光学系统成像面于光轴上的距离，ctg3为第六透镜的物侧面至第七透镜的像侧面于光轴上的距离总长。通过使光学系统满足关系式：4<TTL/ctg3<7，将比值控制在合理的范围内时，有利于缩短系统总长，通过合理分配给第三透镜组总长占比，使第三透镜组与其他透镜组配合，从而提高所述光学系统的稳定性。当比值低于关系式下限时，第三透镜组的总长过大，不利于缩短系统总长。当比值高于关系式上限时，第三透镜组是总长过小，第三透镜与其他透镜组总长的占比差异过大，从而使得光学系统稳定性降低。通过使光学系统满足关系式：5.4<TTL/ImgH<5.7，有利于有效降低所述光学镜头的总尺寸，并降低系统的敏感度，还有利于光学系统获得更大的长焦端焦距，提升变焦比，同时也能够匹配更高像素的感光元件，使拍出的照片更加清晰，从而拍摄出物体更多的细节。
本发明提供一种镜头模组，包括镜筒、感光元件和所述光学系统，所述光学系统的所述第一透镜至所述第七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。
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，可以使镜头模组具有更宽的变焦范围，以及实现拥有更大的像面的特性，同时还有利于减小镜头模组的大小，从而使镜头模组能够具有大范围变焦、良好的畸变校正和高解析力的特点。
本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括壳体和所述镜头模组，所述镜头模组设置在所述壳体内。
本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和本发明实施例提供的镜头模组，镜头模组设置在壳体内。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(ComplementaryMetalOxide 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、平板电脑、数码相机等便携式电子设备。通过在电子设备中加入本发明提供的镜头模组，使得电子设备具有大范围变焦、良好的畸变校正和高解析力的特点。
第一实施例
请参考图1a至图1f，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于光轴附近为凸面，像侧面S2于光轴附近为凹面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6和像侧面S7于光轴附近均为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8和像侧面S9于光轴附近均为凸面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10于光轴附近为凹面，像侧面S11于光轴附近为凸面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于光轴附近均为凹面；第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于圆周附近均为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
其中，第一透镜、第五透镜至第七透镜的物侧面和像侧面均为非球面。第三透镜和第四透镜可以胶合在一起。
此外，光学系统还包括红外截止滤光片IR和成像面IMG。本实施例中，红外截止滤光片IR设置在第七透镜L7和成像面IMG之间，其包括物侧面S14和像侧面S15，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。电子感光元件的有效像素区域位于成像面IMG。
表1a和表1b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。透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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
表1b
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4 4.885060005 1.364610824
中焦端 2 4.25 4
长焦端 0.149 4.4 5.7
其中，表1a所示出的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。D1为第二透镜的像侧面S4至第三透镜的物侧面S5于光轴上的距离，D2为第五透镜的像侧面S10至第六透镜的物侧面S11于光轴上的距离，D3为第七透镜的像侧面S14至IR光片的物侧面S15于光轴上的距离。表1b表示光学系统位于短焦端、中焦端和长焦端下D1、D2和D3的值。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝13.543mm，FNO＝2.812，FOV＝37.395°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝18.203mm，FNO＝3.384，FOV＝27.906°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝23.217mm，FNO＝3.865，FOV＝21.88°。
表1c给出了可用于第一实施例中各非球面镜面的高次项系数。在本实施例中，第一透镜L1、第五透镜L5至第七透镜L7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、S8、S9、S10、S11、S12和S13的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20。
表1c
序号 k A4 A6 A8 A10
S1 -1.208E+00 7.041E-04 4.234E-06 7.524E-06 -7.103E-07
S2 1.273E+01 2.689E-04 3.953E-06 9.614E-06 -1.074E-06
S9 -1.960E+01 3.449E-03 -3.150E-04 3.881E-05 -2.645E-06
S10 -2.284E+01 8.280E-04 6.757E-05 4.909E-06 -3.915E-07
S11 1.145E+00 4.612E-03 -3.008E-04 7.332E-05 -1.502E-05
S12 7.274E-02 -5.007E-03 3.362E-03 -1.107E-03 2.546E-04
S13 9.800E+01 -2.045E-02 5.020E-03 -1.411E-03 3.062E-04
S14 -6.933E+00 -8.707E-03 1.164E-03 -1.457E-04 1.435E-05
序号 A12 A14 A16 A18 A20
S1 4.271E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 7.493E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 9.666E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 5.617E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 2.563E-06 -2.773E-07 1.700E-08 -4.468E-10 0.000E+00
S12 -3.961E-05 3.967E-06 -2.282E-07 5.709E-09 0.000E+00
S13 -4.646E-05 4.598E-06 -2.634E-07 6.555E-09 0.000E+00
S14 -9.823E-07 4.215E-08 -1.004E-09 9.491E-12 0.000E+00
图1b、图1d和图1f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650nm、610nm、555nm、510nm、470nm和435nm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、图1d和图1f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、图1d和图1f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555nm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、图1d和图1f中(b)可以看出，光学系统的像散得到了很好的补偿。
图1b、图1d和图1f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555nm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、图1d和图1f中(c)可以看出，在波长为555nm下，光学系统的畸变得到了很好的矫正。
由图1b、图1d和图1f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至图2f，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和像侧面S2于光轴附近均为凸面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6和像侧面S7于光轴附近均为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8和像侧面S9于光轴附近均为凸面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10于光轴附近为凹面，像侧面S11于光轴附近为凸面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于光轴附近为凸面，像侧面S13于光轴附近为凹面；第七透镜L7的物侧面S12于圆周附近为凹面，像侧面S13于圆周附近为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
第二实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表2a和表2b示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4.03 5.090534372 1.145446742
中焦端 2 4.25 4.014705713
长焦端 0.163705713 4.4 5.7
其中，表2a所示出的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。D1为第二透镜的像侧面S4至第三透镜的物侧面S5于光轴上的距离，D2为第五透镜的像侧面S10至第六透镜的物侧面S11于光轴上的距离，D3为第七透镜的像侧面S14至IR光片的物侧面S15于光轴上的距离。表2b表示光学系统位于短焦端、中焦端和长焦端下D1、D2和D3的值。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝13.443mm，FNO＝2.812，FOV＝37.534°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fz＝18.208mm，FNO＝3.384，FOV＝27.873°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fc＝23.124mm，FNO＝3.865，FOV＝21.934°。
表2c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2c
序号 k A4 A6 A8 A10
S1 -4.482E+00 5.688E-04 -1.058E-05 2.728E-06 -2.127E-07
S2 9.800E+01 -2.348E-04 -1.437E-06 1.961E-06 -1.664E-07
S9 -1.216E+01 2.712E-03 -1.124E-04 1.294E-05 -5.446E-07
S10 -6.295E+01 1.844E-03 5.639E-05 1.290E-05 -1.199E-06
S11 3.496E+00 3.075E-03 -1.013E-04 1.836E-05 -5.826E-07
S12 1.134E+00 -4.364E-03 2.360E-03 -6.366E-04 1.184E-04
S13 -2.647E+01 -2.172E-02 4.316E-03 -8.830E-04 1.387E-04
S14 -7.016E+00 -9.815E-03 1.429E-03 -2.005E-04 2.229E-05
序号 A12 A14 A16 A18 A20
S1 9.197E-09 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 8.593E-09 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 1.643E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 1.067E-07 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 1.055E-07 -2.383E-08 2.284E-09 -7.477E-11 0.000E+00
S12 -1.452E-05 1.146E-06 -5.304E-08 1.103E-09 0.000E+00
S13 -1.478E-05 1.018E-06 -4.165E-08 7.773E-10 0.000E+00
S14 -1.721E-06 8.345E-08 -2.277E-09 2.626E-11 0.000E+00
图2b、图2d和图2f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、图2d和图2f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至图3f，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于光轴附近为凸面，像侧面S2于光轴附近为凹面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6于光轴附近为凹面，像侧面S7于光轴附近为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8于光轴附近为凸面，像侧面S9于光轴附近为凹面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10于光轴附近为凹面，像侧面S11于光轴附近为凸面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于光轴附近为凸面，像侧面S13于光轴附近为凹面；第七透镜L7的物侧面S12于圆周附近为凹面，像侧面S13于圆周附近为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
第三实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表3a和表3b示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4.11 5.387523271 0.754084832
中焦端 2 4.248294341 4
长焦端 0.107082438 4.4 5.747311902
其中，表3a所示出的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。D1为第二透镜的像侧面S4至第三透镜的物侧面S5于光轴上的距离，D2为第五透镜的像侧面S10至第六透镜的物侧面S11于光轴上的距离，D3为第七透镜的像侧面S14至IR光片的物侧面S15于光轴上的距离。表3b表示光学系统位于短焦端、中焦端和长焦端下D1、D2和D3的值。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝13.186mm，FNO＝2.491，FOV＝38.338°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fc＝18.181mm，FNO＝3.126，FOV＝27.895°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fz＝23.23mm，FNO＝3.615，FOV＝21.808°。
表3c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3c
图3b、图3d和图3f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、图3d和图3f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至图4f，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于光轴附近为凸面，像侧面S2于光轴附近为凹面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6和像侧面S7于光轴附近均为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8和像侧面S9于光轴附近均为凸面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10和像侧面S11于光轴附近均为凹面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于光轴附近为凸面，像侧面S13于光轴附近为凹面；第七透镜L7的物侧面S12于圆周附近为凹面，像侧面S13于圆周附近为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
第四实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表4a和表4b示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4.09 5.384214269 0.774625052
中焦端 2 4.25 4
长焦端 0.133794735 4.4 5.715205265
其中，表4a所示出的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。D1为第二透镜的像侧面S4至第三透镜的物侧面S5于光轴上的距离，D2为第五透镜的像侧面S10至第六透镜的物侧面S11于光轴上的距离，D3为第七透镜的像侧面S14至IR光片的物侧面S15于光轴上的距离。表4b表示光学系统位于短焦端、中焦端和长焦端下D1、D2和D3的值。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝13.117mm，FNO＝2.471，FOV＝38.724°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fc＝18.121mm，FNO＝3.127，FOV＝27.815°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fz＝23.039mm，FNO＝3.627，FOV＝21.803°。
表4c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4c
图4b、图4d和图4f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、图4d和图4f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至图5f，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于光轴附近为凸面，像侧面S2于光轴附近为凹面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6和像侧面S7于光轴附近均为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8和像侧面S9于光轴附近均为凸面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10于光轴附近为凹面，像侧面S11于光轴附近为凸面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于光轴附近为凸面，像侧面S13于光轴附近为凹面；第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于圆周附近均为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
第五实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表5a和表5b示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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5a
表5b
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4.81 4.940182184 0.526305107
中焦端 2.1 3.873076907 4.301863654
长焦端 0.1 4.253717996 5.922222565
其中，表5a所示出的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。D1为第二透镜的像侧面S4至第三透镜的物侧面S5于光轴上的距离，D2为第五透镜的像侧面S10至第六透镜的物侧面S11于光轴上的距离，D3为第七透镜的像侧面S14至IR光片的物侧面S15于光轴上的距离。表5b表示光学系统位于短焦端、中焦端和长焦端下D1、D2和D3的值。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝12.109mm，FNO＝2.373，FOV＝42.096°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fc＝18.591mm，FNO＝3.193，FOV＝27.537°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fz＝24.311mm，FNO＝3.74，FOV＝21.035°。
表5c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5c
序号 k A4 A6 A8 A10
S1 -2.506E+00 5.920E-04 -4.154E-06 2.713E-06 -1.911E-07
S2 -2.107E+01 -5.553E-05 2.509E-07 2.575E-06 -2.065E-07
S9 -8.829E+00 2.873E-03 -1.307E-04 1.293E-05 -5.299E-07
S10 -5.007E+01 1.122E-03 9.996E-05 3.473E-06 -2.696E-07
S11 4.895E+00 2.731E-03 -1.012E-04 2.353E-05 -3.045E-06
S12 4.284E-02 -4.141E-04 9.857E-04 -3.215E-04 6.899E-05
S13 1.362E+01 -3.105E-02 6.921E-03 -1.468E-03 2.469E-04
S14 -1.478E+01 -1.430E-02 2.680E-03 -4.235E-04 5.042E-05
序号 A12 A14 A16 A18 A20
S1 8.058E-09 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 1.046E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 1.446E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 4.958E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 3.194E-07 -1.230E-08 -2.015E-10 1.933E-11 0.000E+00
S12 -9.848E-06 8.920E-07 -4.529E-08 9.859E-10 0.000E+00
S13 -3.025E-05 2.478E-06 -1.180E-07 2.427E-09 0.000E+00
S14 -4.213E-06 2.319E-07 -7.506E-09 1.063E-10 0.000E+00
图5b、图5d和图5f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、图5d和图5f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至图6f，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于光轴附近为凸面，像侧面S2于光轴附近为凹面；第一透镜L1的物侧面S1于圆周附近为凸面，像侧面S2于圆周附近为凹面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4于光轴附近均为凹面。
第三透镜L3，具有正屈折力，第三透镜L3的物侧面S5和像侧面S6于光轴附近均为凸面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜的物侧面S6和像侧面S7于光轴附近均为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S8和像侧面S9于光轴附近均为凸面；第五透镜L5的物侧面S8于圆周附近为凸面，像侧面S9于圆周附近为凹面。
第六透镜L6，具有正屈折力，第六透镜的物侧面S10于光轴附近为凹面，像侧面S11于光轴附近为凸面；第六透镜L6的物侧面S10于圆周附近均为凸面，像侧面S11于圆周附近均为凹面。
第七透镜L7，具有负屈折力，第七透镜L7的物侧面S12于光轴附近为凸面，像侧面S13于光轴附近为凹面；第七透镜L7的物侧面S12和像侧面S13于圆周附近均为凸面。
所述光学系统在长焦端、中焦端和短焦端之间切换，所述第一透镜和所述第二透镜固定，所述第三透镜至所述第七透镜保持相对固定，且所述第三透镜至所述第七透镜相对于所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上移动，长焦端、中焦端和短焦端依次切换时，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离依次增大。
第六实施例的其他结构与第一实施例相同，参照即可。
表6a和表6b示出了本实施例的光学系统的特性的表格，其中，透镜焦距的参考波长为555nm，透镜材料的折射率和阿贝数均采用参考波长为587.6nm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
可变距离 D1 D2 D3
短焦端 4 5.423372323 0.873108987
中焦端 2 4.25 4.04748131
长焦端 0.19648131 4.4 5.7
其中，表6a所示出的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。表6b中所示的D1为第一透镜组，D2为第二透镜组，D3为第三透镜组。
当光学系统处于短焦端时，光学系统的fd＝13.494mm，FNO＝2.569，FOV＝37.645°；当光学系统处于中焦端时，光学系统的fc＝18.431mm，FNO＝3.185，FOV＝27.602°；当光学系统处于长焦端时，光学系统的fz＝23.421mm，FNO＝3.677，FOV＝21.69°。
表6c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6c
序号 k A4 A6 A8 A10
S1 -1.378E+00 7.669E-04 -1.662E-07 4.499E-06 -3.309E-07
S2 8.661E+00 3.301E-04 -3.790E-06 8.371E-06 -8.394E-07
S9 -1.357E+01 2.311E-03 -1.083E-04 1.150E-05 -5.299E-07
S10 -9.800E+01 1.691E-03 8.516E-05 5.436E-06 -3.202E-07
S11 2.418E+00 3.771E-03 -3.313E-04 1.074E-04 -2.536E-05
S12 2.539E-01 -3.866E-03 2.409E-03 -7.063E-04 1.471E-04
S13 -9.533E+01 -2.270E-02 4.175E-03 -7.763E-04 1.256E-04
S14 -9.737E+00 -1.090E-02 1.465E-03 -1.555E-04 1.101E-05
序号 A12 A14 A16 A18 A20
S1 1.419E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 4.587E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 1.519E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 5.807E-08 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 4.294E-06 -4.309E-07 2.334E-08 -5.245E-10 0.000E+00
S12 -2.086E-05 1.910E-06 -9.969E-08 2.230E-09 0.000E+00
S13 -1.603E-05 1.457E-06 -7.849E-08 1.805E-09 0.000E+00
S14 -4.336E-07 8.235E-09 -1.712E-10 4.974E-12 0.000E+00
图6b、图6d和图6f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、图6d和图6f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fcj/fdj、fcj/F67、f5/r51、f4/f3、r32/f345、r61/r72、(n2+n3+n4)/n3、d3dj/d1cj、TTL/ImgH、fdj/EPDdj、sd11dj/tan(Hfovdj)和TTL/ctg3的值。
表7
由表7可知，第一实施例至第六实施例的光学系统均满足下列关系式：2.01>fcj/fdj>1.7、-2<fcj/F67<-1.4、1<f5/r51<2、-1.6<f4/f3<-1.2、-1.6<r32/f345<-0.9、-4<r61/r72<-1.2、(n2+n3+n4)/n3>3.1、4<d3dj/d1cj<10、5.4<TTL/ImgH<5.7、fdj/EPDdj<2.9、sd11dj/tan(Hfovdj)<12、4<TTL/ctg3<7的值。
以上所揭露的仅为本发明一些较佳实施例而已，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 (11)

1.一种光学系统，其特征在于，共有七片具有屈折力的透镜，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：
第一透镜，具有正屈折力，所述第一透镜的物侧面于光轴附近为凸面；
第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的物侧面于光轴附近为凹面，所述第二透镜的像侧面于光轴附近为凹面；
第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面于光轴附近为凸面，所述第三透镜的像侧面于光轴附近为凸面；
第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的物侧面于光轴附近为凹面；
第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面于光轴附近为凸面；
第六透镜，具有屈折力，所述第六透镜的物侧面于光轴附近为凹面；
第七透镜，具有屈折力，所述第七透镜的像侧面于光轴附近为凹面；
所述第六透镜和所述第七透镜中至少一个具有负屈折力；
所述第一透镜和所述第二透镜相对固定并构成具有负屈折力的第一透镜组，所述第一透镜组固定；所述第三透镜至所述第五透镜相对固定并构成具有正屈折力的第二透镜组，所述第六透镜和所述第七透镜相对固定并构成具有负屈折力的第三透镜组，所述第二透镜组和所述第三透镜组在所述光轴上移动以实现长焦端、中焦端和短焦端依次切换；
所述光学系统满足关系式：-2<fcj/F67<-1.4；5.4<TTL/ImgH<5.7；
其中，fcj为所述光学系统处于长焦端时的有效焦距；F67为所述第三透镜组的有效焦距；TTL为所述第一透镜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。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述光学系统满足关系式：
-1.6<r32/f345<-0.9或1<f5/r51<2；
其中，r32为所述第三透镜像侧面于光轴处的曲率半径；f345为所述第三透镜至第五透镜的组合有效焦距；f5为所述第五透镜的有效焦距；r51为所述第五透镜物侧面于光轴处的曲率半径。
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：
2.01>fcj/fdj>1.7；
其中，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距。
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：
-1.6<f4/f3<-1.2；
其中，f3为所述第三透镜的有效焦距；f4为所述第四透镜的有效焦距。
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：
-4<r61/r72<-1.2；
其中，r72为所述第七透镜像侧面于光轴处的曲率半径；r61为所述第六透镜物侧面于光轴处的曲率半径。
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：
4<d3dj/d1cj<10；
其中，d3dj为所述光学系统处于短焦端时，所述第七透镜的像侧面与红外截止滤光片物侧面于光轴上的距离；d1cj为所述光学系统处于长焦端时，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。
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：
fdj/EPDdj<2.9；
其中，fdj为所述光学系统处于短焦端时的有效焦距；EPDdj为所述光学系统处于短焦端时的入瞳直径。
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：
sd11dj/tan(Hfovdj)<12；
其中，sd11dj为所述光学系统处于短焦端时，所述第一透镜物侧面的最大有效半口径；Hfovdj为所述光学系统处于短焦端时的半视场角。
9.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<TTL/ctg3<7；
ctg3为所述第六透镜的物侧面至所述第七透镜的像侧面于光轴上的距离。
10.一种镜头模组，其特征在于，包括镜筒、感光元件和如权利要求1至9任一项所述的光学系统，所述光学系统的所述第一透镜至第七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。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和如权利要求10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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