CN114397743B - 光学系统和具有其的取像模组、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学系统和具有其的取像模组、电子装置，所述光学系统沿光轴由物侧到像侧依次包括：具有负屈折力的第一透镜，具有正屈折力的第二透镜，具有正屈折力的第三透镜，具有正屈折力的第四透镜，具有负屈折力的第五透镜，其中，第一透镜的物侧面和像侧面均为非球面，第二透镜的物侧面和像侧面均为非球面。其中，光阑位于第二透镜和第三透镜之间光学系统满足下列关系式：1<DOS/CT1<6。根据本发明的光学系统具有较好地成像品质，可以满足光学系统的广角化需求。

Description

光学系统和具有其的取像模组、电子装置

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和具有其的取像模组、电子装置。

背景技术

近年来，随着车载行业的发展，ADAS(Advanced Driver Assistant System)、行车记录仪、倒车影像等车载用摄像头的技术要求越来越高，ADAS镜头可准确、实时地抓取路面的信息(探测物体、探测光源、探测道路标识等)供给系统影像分析，用在行车记录方面可为驾驶员的驾驶提供清晰的视野，用在监控安防方面，也可以将细节信息清晰记录下来等，在实际应用各方面提供了相应的技术支撑与应用保障，所以市场对ADAS前视搭载镜头的需求逐渐升高。

但是，目前运用于ADAS前视车载电子设备中的摄像镜头，其视场角较小，所成的影像的清晰度也较差，因此，如何实现摄像镜头的广角化的同时兼顾良好的成像质量，成为业界迫切想要解决的技术问题之一。

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广角化、成像质量高的光学系统。

根据本发明实施例的光学系统，沿光轴由物侧到像侧依次包括：具有负屈折力的第一透镜，具有正屈折力的第二透镜，具有正屈折力的第三透镜，具有正屈折力的第四透镜，具有负屈折力的第五透镜。其中，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面，第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第二透镜的像侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面在近光轴处为凸面，第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面，第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面在近光轴处为凸面，其中，光阑位于第二透镜和第三透镜之间。

上述光学系统中，具有负屈折力的非球面的第一透镜，搭配于近光轴处为凸面的物侧面和于近光轴处为凹面的像侧面，可以有效控制光学系统的第一透镜的有效口径，同时能够使得光学系统具有较大的光线入射角，有利于实现光学系统的广角效果，同时还能较好地控制光学系统的头部口径；具有正屈折力的非球面的第二透镜，搭配于近光轴处为凹面的物侧面和于近光轴处为凸面的像侧面，可以较好收束第一透镜投射的大角度入射的光线，使光线平缓射入，能够较好地降低光学系统的场曲像散；具有正屈折力的第三透镜，搭配于近光轴处为凸面的物侧面和于近光轴处为凸面的像侧面，可以有利于光阑后的光线经过第三透镜后汇聚，可以降低光学系统的偏心敏感度，还能减小光学系统的光学总长；具有正屈折力的第四透镜能够较好地与具有负屈折力的第五透镜胶合后组成胶合透镜，有利于减小光学系统的色差及校正系统球差，提高系统分辨率，另外，具有负屈折力的第五透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面有利于光线平缓射入成像面，能提高光学系统的相对照度，同时控制后焦距达到设计所需要的像高。由此，本申请的光学系统，具备广角化的同时兼顾良好的成像品质。

可选地，光学系统满足下列关系式：2.5<DOS/CT1<5，DOS为第一透镜的物侧面至光学系统的光阑于光轴上的距离，CT1为第一透镜于光轴上的中心厚度。满足上述关系式，有利于使得光学系统具有较大的光线入射角，提高了光学系统的物空间的取像范围，有利于实现光学系统的广角化；若第一透镜不满足上述关系式，例如，DOS/CT1≤2.5，也即低于关系式下限，则可能容易使得第一透镜的物侧面至光学系统的光阑于光轴上的距离的值较小，这样，不利于光学系统的光阑远离成像面，从而影响电子感光元件的感光敏感度；例如：DOS/CT1≥5，则容易使得第一透镜于光轴上的中心厚度太薄，增加膜裂的风险。

可选地，光学系统满足下列关系式：3<SD32/AT3<36，SD32为第三透镜的像侧面最大有效通光口径的一半，AT3为第三透镜的像侧面至所述第四透镜的物侧面于光轴上的距离。

满足上述关系式的第三透镜和第四透镜，通过合理控制第三透镜的像侧面有效光学半口径与第三透镜的的像侧面至第四透镜的物侧面于光轴上的距离比值关系，有利于避免第三透镜边缘光线偏折严重，利于光线平缓入射；另外，本申请中第三透镜能影响成像面的边缘的光点位置处的光线的夹角，本申请通过控制第三透镜的像侧面最大有效通光口径，能有效控制成像面的边缘处的光点位置处的光线的夹角，从而能有效控制成像面的边缘处的照度，也即可以使得成像面的边缘处的光点位置处的光线的夹角较大，这样可以有利于提高照度，便于镜筒的组装，降低生产成本。

可选地，光学系统满足下列关系式：2.5<SD11/SAGs11<4，SD11为第一透镜的物侧面的最大有效通光口径的一半，SAGs11为第一透镜的物侧面于最大有效通光口径处的矢高，也即第一透镜的物侧面与光轴的交点至第一透镜的物侧面最大有效口径处于光轴方向上的距离。满足上述关系式的的第一透镜，能够避免第一透镜的物侧面面型过于弯曲，可以减小第一透镜的加工难度，可以理解的是，过于弯曲的第一透镜的物侧面也不利于大角度光线入射至光学系统，而且，还会影响光学系统的成像质量。另外，通过对合理配置第一透镜的物侧面的最大有效通光口径与第一透镜的物侧面于最大有效通光口径处的失高之间的比值，还能够避免第一透镜的物侧面最大有效通光口径过大，可以理解的是，如第一透镜的物侧面的最大有效通光口径加大，则边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险，从而影响光学系统的成像质量。具体地，如SD11/SAGs11≤2.5，则容易使得第一透镜的物侧面面型过于弯曲，镜片边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险，如SD11/SAGs11≥5，则容易使得第一透镜的物侧面的最大有效通光口径加大，则边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险。

可选地，光学系统满足下列关系式：3＜|R22/ET2|＜6，R22为第二透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，ET2为第二透镜的物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离。

满足上述关系式的第二透镜，通过合理配置第二透镜的面型与第二透镜于物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离，能够较好的汇聚自第一透镜投射的大角度光线，也即使得具有较大入射角的光线在第二透镜处汇聚，能够避免光线偏转过大而造成第二透镜的边缘像差过大的问题。而且，第二透镜的面型与边缘厚度的合理配置，搭配第二透镜的正屈折力，还能够较好地提升光学系统的成像质量。在一些示例中，当|R22/ET2|≥6时，容易使得第二透镜过于弯曲，如此，不利于抑制因成像区域周边部的光束造成的高阶像差，当|R22/ET2|≤3时，第二透镜的像侧面于光轴处的曲率半径较小，透镜弯曲、光线偏折严重，边缘场曲像差加大，不利于抑制色差，从而影响光学系统的光学分辨性能。

可选地，光学系统满足下列关系式：5<ET3/SAGs31<9，ET3为第三透镜于物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离，SAGs31为第三透镜的物侧面于最大有效通光口径处的矢高，也即第三透镜的物侧面与光轴的交点至第三透镜的物侧面最大有效口径处于光轴方向上的距离。满足上述关系式的第三透镜，通过控制第三透镜于物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离与第三透镜的物侧面于最大有效通光口径处的矢高，利于经过光阑后的光线汇聚于第三透镜，实现大光圈效果。在一些示例中，ET3/SAGs31≤5，容易使得第三透镜于物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离太小，这样，会增加第三透镜的加工难度，从而影响光学系统的生产成本；ET3/SAGs31≥9，容易使得第三透镜的物侧面过于平整，这样会使得光学系统容易产生鬼影，由此可见，当本申请满足上述关系式后，还能够减小第三透镜的加工难度，以及降低光学系统产生鬼影的风险

可选地，光学系统满足下列关系式：0.5<|TTL/f1|<2.1，TTL为第一透镜的物侧面至光学系统的成像面于光轴上距离，f1为第一透镜的焦距。满足上述关系式，有利于控制光学系统的总长，使得结构紧凑，从而有利于缩短光学系统的总长。在一些示例中，|TTL/f1|≤0.5，第一透镜的焦距较大，屈折力不足，不利于缩短光学系统总长，进而影响光学系统的小型化设计,|TTL/f1|≥2.1，光学系统的光学总长过长，则不利于缩小光学系统的总长。

可选地，光学系统满足下列关系式：15<f2/CT2<40，f2为第二透镜的焦距，CT2为第二透镜于光轴上的中心厚度。

满足上述关系式的第二透镜，有利于正光焦度分配，可以有利于汇聚光线进入光阑，在一些示例中，f2/CT2≥40，则第二透镜的焦距过大，屈折力过强，第二透镜的变化敏感，容易产生较大的像差；f2/CT2≤15，则第二透镜的中心厚度较大，如此容易增大生产难度以及装配难度，不利于降低成本。

可选地，光学系统满足下列关系式：4<|f1/CT1|<6。满足上述关系式，具有负屈折力的第一透镜，通过合理分配第一透镜的光焦度和第一透镜的中心厚度，有利于光线射入第一透镜实现广角化，|f1/CT1|≥6，第一透镜的焦距过大不利于光线平缓射入，增加边缘像差风险，|f1/CT1|≤4，第一透镜的中心厚度加大，如此容易增大生产难度以及装配难度，不利于降低成本，同时，过大的中心厚度，也容易增加鬼像风险。

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，通过在取像模组内安装光学系统的第一透镜至第五透镜，合理配置第一透镜至第五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低成本、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。该电子装置可以为智能手机、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，通过在电子装置中设置取像模组，可以使得电子装置同时满足低成本、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纵向球差、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纵向球差、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纵向球差、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纵向球差、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纵向球差、像散和畸变曲线图。

图11是本申请一实施例中取像模组的结构示意图。

图12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；

物侧面S1、S3、S6、S8、S10、S12、S14；

像侧面S2、S4、S7、S9、S11、S13、S15；

光阑STO；成像面S16；滤光片110；保护玻璃120；光轴101；

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10描述根据本发明实施例的五片透镜组成的光学系统10

如图1-图10所示，根据本发明实施例的五片透镜组成的光学系统10沿光轴由物侧到像侧依次包括具有负屈折力的第一透镜L1、具有正屈折力的第二透镜L2、具有正屈折力的第三透镜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。

进一步的，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2于近光轴处为凹面，由此，具有负屈折力的非球面的第一透镜L1，可以有效控制光学系统10的第一透镜L1的有效口径，同时能够使得光学系统10具有较大的光线入射角，有利于实现光学系统10的广角效果，同时还能较好地控制光学系统10的头部口径。

第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于近光轴处为凸面，由此，具有正屈折力的非球面的第二透镜L2，可以较好收束第一透镜L1投射的大角度入射的光线，使光线平缓射入，能够较好地降低光学系统10的场曲像散。

第三透镜L3具有物侧面S6和像侧面S7，第三透镜L3的物侧面S6于近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7于近光轴处为凸面，由此，具有正屈折力的第三透镜L3，可以有利于光阑STO后的光线经过第三透镜L3后汇聚，可以降低光学系统10的偏心敏感度，还能减小光学系统10的光学总长。

第四透镜L4具有物侧面S8和像侧面S9，第四透镜L4的物侧面S8于近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S9于近光轴处为凸面，第五透镜L5具有物侧面S10和像侧面S11，第五透镜L5的物侧面S10于近光轴处可以为凹面，第五透镜L5的像侧面S11于近光轴处可以为凸面，由此，具有正屈折力的第四透镜L4能够较好地与具有负屈折力的第五透镜L5胶合后组成胶合透镜，有利于减小光学系统10的色差及校正系统球差，提高系统分辨率，另外，具有负屈折力的第五透镜L5，其物侧面S10为凹面，像侧面S11为凸面有利于光线平缓射入成像面S16，能提高光学系统10的相对照度，同时控制后焦距达到设计所需要的像高。

进一步地，第一透镜L1和第二透镜L2可以均由塑料构成，也即，第一透镜L1和第二透镜L2均为塑料透镜，第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均由玻璃材质构成，也即，第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均为玻璃透镜，由此，通过塑料透镜和玻璃透镜的搭配，可以在提高光学系统10的成像质量的基础上，较好地降低光学系统10的生产成本，从而能够形成一定的价格优势，由此，具有较高成像质量且成产成本较低的的光学系统10能够可靠地为自动驾驶安全提供保障。

由此，综上所述的本申请的光学系统10，在具备广角化的同时，还能够兼顾良好的成像品质，可以较好地满足摄像镜头的使用需求。

另外，本申请的光学系统10，只需要五片透镜满足成像需求，另外，五片透镜中的第一透镜L1和第二透镜L2均由塑料材质构成，可以降低光学系统10的成本，进一步地，为保证成像效果，第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5可以均有玻璃材质构成。

可选地，光学系统10满足下列关系式：2.5<DOS/CT1<5，DOS为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的光阑STO于光轴上的距离，CT1为第一透镜L1于光轴上的中心厚度。

满足上述关系式的第一透镜L1和光阑STO，有利于使得光学系统10具有较大的光线入射角，提高了光学系统的物侧空间的取像范围，有利于实现光学系统10的广角化；若第一透镜L1不满足上述关系式，例如，DOS/CT1≤2.5，也即低于关系式下限，则可能容易使得第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的光阑STO于光轴上的距离DOS的值较小，这样，不利于光学系统10的光阑STO远离成像面S16，从而影响电子感光元件的感光敏感度；例如：DOS/CT1≥5，则容易使得第一透镜L1于光轴上的中心厚度太薄，增加膜裂的风险。

可选地，光学系统10满足下列关系式：3<SD32/AT3<36，SD32为第三透镜L3的像侧面S7最大有效通光口径的一半，AT3为第三透镜L3的像侧面S7至第四透镜L4的物侧面S8于光轴101上的距离，满足上述关系式的第三透镜L3和第四透镜L4，通过合理控制第三透镜L3的像侧面S7最大有效通光口径与第三透镜L3的的像侧面S7至第四透镜L4的物侧面S8于光轴101上的距离的比值关系，有利于避免第三透镜L3边缘光线偏折严重，利于光线平缓入射；另外，参考图1所示，第三透镜L3能影响成像面S16的边缘的光点位置处的光线的夹角(这里的夹角可以参考图1中的汇集在成像面S16边缘的光点位置处的三条光线的夹角)，可以理解的是，该光点位置处的三条光线之间的夹角越小，光点位置处的照度越低，这样容易影响镜筒的组装，而本申请通过控制第三透镜L3的像侧面S7最大有效通光口径，能有效控制成像面S16的边缘处的光点位置处的光线的夹角，从而能有效控制成像面S16的边缘处的照度，也即可以使得成像面S16的边缘处的光点位置处的光线的夹角较大，这样可以有利于提高照度，便于镜筒的组装，降低生产成本。

可选地，光学系统10满足下列关系式：2.5<SD11/SAGs11<4，SD11为第一透镜L1的物侧面S1的最大有效通光口径的一半，SAGs11为第一透镜L1的物侧面S1于最大有效通光口径处的矢高，也即第一透镜L1的物侧面S1与光轴101的交点至第一透镜L1的物侧面S1最大有效口径处于光轴方向上的距离。

满足上述关系式的的第一透镜L1，能够避免第一透镜L1的物侧面S1面型过于弯曲，可以减小第一透镜L1的加工难度，可以理解的是，过于弯曲的第一透镜L1的物侧面S1也不利于大角度光线入射至光学系统10，而且，还会影响光学系统10的成像质量。另外，通过对合理配置第一透镜L1的物侧面S1最大有效通光口径与第一透镜L1的物侧面S1于最大有效通光口径处的失高之间的比值，还能够避免第一透镜L1的物侧面S1半口径过大，可以理解的是，如第一透镜L1的物侧面S1的半口径加大，则边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险，从而影响光学系统10的成像质量。具体地，如SD11/SAGs11≤2.5，则容易使得第一透镜L1的物侧面S1面型过于弯曲，镜片边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险，如SD11/SAGs11≥4，则容易使得第一透镜L1的物侧面S1的半口径加大，则边缘镀膜角度加大，使得边缘镀膜反射率不易管控，增加了鬼影产生风险。

可选地，光学系统10满足下列关系式：3＜|R22/ET2|＜6，R22为第二透镜L2的像侧面S4于光轴处的曲率半径，ET2为第二透镜L2的物侧面S3最大有效通光口径处至像侧面S4最大有效通光口径处于光轴方向上的距离。

满足上述关系式的第二透镜L2，通过合理配置第二透镜L2的面型与第二透镜L2的物侧面S3最大有效通光口径处至像侧面S4最大有效通光口径处于光轴方向上的距离，能够较好的汇聚自第一透镜L1投射的大角度光线，也即使得具有较大入射角的光线在第二透镜处汇聚，能够避免光线偏转过大而造成第二透镜L2的边缘像差过大的问题。而且，第二透镜L2的面型与边缘厚度的合理配置，搭配第二透镜L2的正屈折力，还能够较好地提升光学系统10的成像质量。在一些示例中，当|R22/ET2|≥6时，容易使得第二透镜L2过于弯曲，如此，不利于抑制因成像区域周边部的光束造成的高阶像差，当|R22/ET2|≤3时，第二透镜L2的像侧面S4于光轴101处的曲率半径较小，透镜弯曲、光线偏折严重，边缘场曲像差加大，不利于抑制色差，从而影响光学系统10的光学分辨性能。

可选地，光学系统10满足下列关系式：5<ET3/SAGs31<9，ET3为第三透镜L3于物侧面S6最大有效通光口径处至像侧面S7最大有效通光口径处于光轴方向上的距离，SAGs31为第三透镜L3的物侧面S6于最大有效通光口径处的矢高，也即第三透镜L3的物侧面S6与光轴101的交点至第三透镜L3的物侧面S6最大有效口径处于光轴方向上的距离。

如图1所示，光阑STO位于第二透镜L2和第三透镜L3之间，满足上述关系式的第三透镜L3，通过控制第三透镜L3于物侧面S6最大有效通光口径处至像侧面S7最大有效通光口径处于光轴方向上的距离与第三透镜L3的物侧面S6于最大有效通光口径处的矢高，利于经过光阑STO后的光线汇聚第三透镜L3，实现大光圈效果。在一些示例中，ET3/SAGs31≤5，容易使得第三透镜L3的物侧面S6最大有效通光口径处至像侧面S7最大有效通光口径处于光轴方向上的距离太小，这样，会增加第三透镜L3的加工难度，从而影响光学系统10的生产成本；ET3/SAGs31≥9，容易使得第三透镜L3的物侧面S6过于平整，这样会使得光学系统10容易产生鬼影，由此可见，当本申请满足上述关系式后，还能够减小第三透镜L3的加工难度，以及降低光学系统10产生鬼影的风险

可选地，光学系统10满足下列关系式：0.5<|TTL/f1|<2.1，TTL为第一透镜L1的物侧面至光学系统10的成像面S16于光轴101上距离，f1为第一透镜L1的焦距。

满足上述关系式，有利于控制光学系统10的总长，使得结构紧凑，从而有利于缩短光学系统10的总长。在一些示例中，|TTL/f1|≤0.5，第一透镜L1的焦距较大，屈折力不足，不利于缩短光学系统10总长，进而影响光学系统10的小型化设计；|TTL/f1|≥2.1，光学系统10的光学总长过长，则不利于缩小光学系统10的总长。

可选地，光学系统10满足下列关系式：15<f2/CT2<40，f2为第二透镜L2的焦距，CT2为第二透镜L2于光轴上的中心厚度。

如图1所示，光阑STO位于第二透镜L2和第三透镜L3之间，满足上述关系式的第二透镜L2，有利于正光焦度分配，可以有利于汇聚光线进入光阑STO，在一些示例中，f2/CT2≥40，则第二透镜L2的焦距过大，屈折力过强，第二透镜L2的变化敏感，容易产生较大的像差；f2/CT2≤15，则第二透镜L2的中心厚度较大，如此容易增大生产难度以及装配难度，不利于降低成本。

可选地，光学系统10满足下列关系式：4<|f1/CT1|<6。满足上述关系式，具有负屈折力的第一透镜L1，通过合理分配第一透镜L1的光焦度和第一透镜L1的中心厚度，有利于光线射入第一透镜L1实现广角化，|f1/CT1|≥6，第一透镜L1的焦距过大不利于光线平缓射入，增加边缘像差风险，|f1/CT1|≤2，第一透镜L1的中心厚度加大，如此容易增大生产难度以及装配难度，不利于降低成本，同时，过大的中心厚度，也容易增加鬼像风险。

在一些实施例中，第一透镜L1的物侧面S1与像侧面S2中至少一个面设置有至少一个反曲点，由此，通过在第一透镜L1上设置反曲点，有利于从修正离轴像差，同时也可以有效地压制离轴视场的光线入射至感光元件上的角度，使入射光线能有效的传递至感光元件的像素单元上，进而提升感光元件边缘位置像素单元的感光性能，提升画面的解析度。

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，可以将第一透镜L1的物侧面S1及像侧面S2、第二透镜L2的物侧面S3及像侧面S4均设计为非球面。非球面设计能够帮助光学系统10更为有效地消除像差，改善成像品质。另外，将第一透镜L1和第二透镜L2均设计成有塑料或者树脂材料构成，可以降低生产成本。

进一步地，可以将第三透镜L3的物侧面S6及像侧面S7、第四透镜L4的物侧面S8及像侧面S9、第五透镜L5的物侧面S10及像侧面S11均设计为球面，另外，第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均由玻璃材质构成，如此可以降低生产成本。

在一些实施例中，光学系统10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10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。

第一实施例

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：具有负屈折力的第一透镜L1，具有正屈折力的第二透镜L2，具有正屈折力的第三透镜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S1在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2在近光轴处为凹面，第二透镜L2的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4在近光轴处为凸面，第三透镜L3的物侧面S6在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜L4的物侧面S8在近光轴处为凸面，第四透镜L4的像侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S10在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S11在近光轴处为凸面。

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，其中光阑表征孔径光阑STO。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，其中光阑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546.07nm，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的有效焦距，FNO为光学系统10的光圈数，FOV为光学系统10的最大视场角，TTL为第一透镜L1的物侧面S1到光学系统10的成像面S16在光轴上的距离。

本实施例中，第一透镜L1和第二透镜L2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

面序号	S1	S2	S3	S4
					k	-5.672E+00	-3.100E+00	-5.300E+01	-2.504E+01
A4	7.842E-04	3.757E-02	-1.028E-02	-9.865E-03
					A6	-1.479E-04	-1.006E-02	2.644E-03	2.373E-03
A8	-9.952E-06	1.907E-03	-7.961E-04	-5.559E-04
					A10	9.677E-07	-2.837E-04	1.565E-04	9.399E-05
A12	-1.962E-08	2.847E-05	-1.909E-05	-1.007E-05
					A14	-1.880E-10	-1.643E-06	5.302E-06	6.142E-07
A16	7.462E-12	4.088E-08	-3.731E-08	-1.606E-08
					A18	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

进一步地，参照图2(A)，图2(A)示出了第一实施例中的光学系统10在波长为656.27nm，587.00nm，546.07nm，479.99nm，435.83nm下的纵向球差曲线图。图2(A)中，横坐标表示焦点偏移，单位为mm，纵坐标表示归一化视场。由图2(A)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(B)，图2(B)为第一实施例中的光学系统10在波长为546.07nm下的光线像散图。其中，横坐标表示焦点偏移，单位为mm，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(B)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(C)，图2(C)为第一实施例中的光学系统10在波长为546.07nm下的畸变曲线图。其中，横坐标表示畸变，单位为％，纵坐标表示像高，单位为mm。由图2(C)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(A)、图2(B)和图2(C)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。

第二实施例

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10沿光轴由物侧到像侧依次包括：具有负屈折力的第一透镜L1，具有正屈折力的第二透镜L2，具有正屈折力的第三透镜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S1在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2在近光轴处为凹面，第二透镜L2的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4在近光轴处为凸面，第三透镜L3的物侧面S6在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜L4的物侧面S8在近光轴处为凸面，第四透镜L4的像侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S10在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S11在近光轴处为凸面。

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

面序号	S1	S2	S3	S4
					k	-5.271E+00	-2.798E+00	5.958E+01	-1.181E+00
A4	-1.015E-03	2.316E-02	-2.540E-04	-1.820E-04
					A6	-5.519E-05	-5.104E-03	-1.939E-04	-2.050E-04
A8	-1.977E-05	7.170E-04	4.436E-05	6.479E-05
					A10	2.117E-06	-8.310E-05	-1.064E-05	-1.223E-05
A12	-9.026E-08	7.092E-06	1.615E-06	1.453E-06
					A14	1.889E-09	-3.686E-07	-1.210E-07	-9.147E-08
A16	-1.614E-11	9.581E-09	3.977E-09	8.361E-09
					A18	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

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。

第三实施例

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：具有负屈折力的第一透镜L1，具有正屈折力的第二透镜L2，具有正屈折力的第三透镜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S1在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2在近光轴处为凹面，第二透镜L2的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4在近光轴处为凸面，第三透镜L3的物侧面S6在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜L4的物侧面S8在近光轴处为凸面，第四透镜L4的像侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S10在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S11在近光轴处为凸面。

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	S1	S2	S3	S4
					k	-8.43E+00	-2.80E+00	5.18E+01	-2.21E+01
A4	5.59E-03	3.05E-02	-7.63E-04	-9.07E-03
					A6	-5.90E-04	-6.74E-03	2.96E-04	2.16E-03
A8	2.75E-05	1.09E-03	-1.48E-04	-5.59E-04
					A10	-1.25E-06	-1.57E-04	2.87E-05	1.08E-04
A12	5.88E-08	1.65E-05	-2.47E-06	-1.34E-05
					A14	-4.67E-09	-1.03E-06	4.37E-08	4.45E-07
A16	1.90E-11	2.76E-08	2.05E-09	-2.84E-08
					A18	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00
A20	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+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。

第四实施例

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：具有负屈折力的第一透镜L1，具有正屈折力的第二透镜L2，具有正屈折力的第三透镜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S1在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2在近光轴处为凹面，第二透镜L2的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4在近光轴处为凸面，第三透镜L3的物侧面S6在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜L4的物侧面S8在近光轴处为凸面，第四透镜L4的像侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S10在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S11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

面序号	S1	S2	S3	S4
					k	-8.426E+00	-2.799E+00	5.177E+01	-2.209E+01
A4	5.591E-03	3.047E-02	-7.631E-04	-9.072E-03
					A6	-5.899E-04	-6.741E-03	2.957E-04	2.157E-03
A8	2.747E-05	1.093E-03	-1.479E-04	-5.595E-04
					A10	-1.249E-06	-1.575E-04	2.872E-05	1.082E-04
A12	5.876E-08	1.654E-05	-2.475E-06	-1.341E-05
					A14	-4.672E-09	-1.026E-06	4.373E-08	4.450E-07
A16	1.904E-11	2.762E-08	2.046E-09	-2.844E-08
					A18	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

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。

第五实施例

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：具有负屈折力的第一透镜L1，具有正屈折力的第二透镜L2，具有正屈折力的第三透镜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S1在近光轴处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2在近光轴处为凹面，第二透镜L2的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4在近光轴处为凸面，第三透镜L3的物侧面S6在近光轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜L4的物侧面S8在近光轴处为凸面，第四透镜L4的像侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜L5的物侧面S10在近光轴处为凹面，第五透镜L5的像侧面S11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

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DOS/CT1、SD32/AT3、SD11/SAGs11、|R22/ET2|、ET3/SAGs31、|TTL/f1|、f2/CT2、|f1/CT1|的值。

表11

由表11可见，第一实施例至第六实施例中的光学系统10均满足下述条件：2.5<DOS/CT1<5、3<SD32/AT3<36、2.5<SD11/SAGs11<4、3＜|R22/ET2|＜6、5<ET3/SAGs31<9、0.5<|TTL/f1|<2.1、15<f2/CT2<40、4<|f1/CT1|<6。

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的取像模组100。

如图11所示，根据本发明实施例的取像模组100包括光学系统10和感光元件20，感光元件20设置在光学系统10的像侧。

根据本发明实施例的取像模组100，通过在取像模组100内安装光学系统10的第一透镜L1至第五透镜L5，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同时满足低成本、高成像质量与小型化的要求。

如图12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12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。该电子装置1000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、倒车摄像头、可穿戴装置等。

根据本发明实施例的电子装置1000，通过在电子装置1000中设置取像模组100，可以使得电子装置1000同时满足低成本、高成像质量与小型化的要求。

在如图12所示的一个具体实施例中，电子装置1000为行车记录仪，行车记录仪安装在汽车前玻璃1上，在一些示例中，行车记录仪也可以安装在反光镜2上。由此，能满足低成本、高成像质量与小型化的要求的行车记录仪，可以更好地迎合汽车市场需求。

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 (10)

1.一种光学系统，其特征在于，沿光轴由物侧到像侧依次包括：

第一透镜，具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面与像侧面均为非球面；

第二透镜，具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面，其物侧面与像侧面均为非球面；

第三透镜，具有正屈折力，其物侧面与像侧面于近光轴处均为凸面；

第四透镜，具有正屈折力，其物侧面与像侧面于近光轴处均为凸面；

第五透镜，具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凸面；

具有屈折力的透镜为五片；

其中，光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜之间，所述光学系统满足下列关系式：2.5<DOS/CT1<5，DOS为所述第一透镜的物侧面至所述光阑于所述光轴上的距离，CT1为所述第一透镜于所述光轴上的中心厚度。

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：3<SD32/AT3<36，

SD32为所述第三透镜的像侧面最大有效通光口径的一半，AT3为所述第三透镜的像侧面至所述第四透镜的物侧面于所述光轴上的距离。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：2.5<SD11/SAGs11<4，

SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效通光口径的一半，SAGs11为所述第一透镜的物侧面与所述光轴的交点至所述第一透镜的物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，所述光学系统满足以下条件式：3＜|R22/ET2|＜6，

R22为所述第二透镜的像侧面于所述光轴处的曲率半径，ET2为所述第二透镜的物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离。

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<ET3/SAGs31<9，

ET3为所述第三透镜于物侧面最大有效通光口径处至像侧面最大有效通光口径处于光轴方向上的距离，SAGs31为所述第三透镜的物侧面与所述光轴的交点至所述第三透镜的物侧面最大有效口径处于光轴方向上的距离。

6.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：0.5<|TTL/f1|<2.1，

TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统的成像面于所述光轴上距离，f1为所述第一透镜的焦距。

7.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：15<f2/CT2<40，4<|f1/CT1|<6，

f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，CT2为所述第二透镜于所述光轴上的中心厚度。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜均为塑料材质，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃材质。

9.一种取像模组，其特征在于，所述取像模组包括：

权利要求1至8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。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

壳体；

权利要求9所述的取像模组，所述取像模组安装在所述壳体上。

Images