CN114509862B - 光学系统、摄像模组和电子设备 - Google Patents

光学系统、摄像模组和电子设备 Download PDF

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Abstract

一种光学系统、摄像模组和电子设备，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四透镜，且第一透镜和第四透镜具有正屈折力，第二透镜有负屈折力；第一透镜和第四透镜的物侧面于近光轴处均为凸面，第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，第一透镜和第三透镜的像侧面于近光轴处均为凸面，第二透镜和第四透镜的像侧面于近光轴处均为凹面。通过对光学系统各透镜的面型和屈折力进行合理设计，有利于满足长焦距、较小的光学总长和较大视场角的特点。

Description

光学系统、摄像模组和电子设备
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、摄像模组和电子设备。
背景技术
近年来，智能手机呈现越来越轻薄化的发展趋势，但是，具有长焦特性的光学系统的总长会相应变长。通常情况下，手机镜头垂直于手机背面设置，使图像传感器与手机的背面平行，因此手机镜头的总长会受到手机厚度的限制，进而使手机镜头的焦距受到限制，同时，光学系统在变为长焦时，视场角又会大幅度减少。
因此，如何在保证手机超薄的前提下，实现长焦距、较小的光学总长和较大视场角的效果，成为业内必须解决的问题之一。
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，解决现有技术中手机镜头在手机超薄的前提下，还需要具备长焦距、较小的光学总长和较大视场角的问题。
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和像侧面于近光轴处均为凸面；第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第三透镜，具有屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面于近光轴处均为凹面。
所述光学系统满足关系式：1deg/mm<HFOV/f<1.3deg/mm；其中，HFOV为所述光学系统的最大视场角的一半，f为所述光学系统的有效焦距。
通过使第一透镜具有正屈折力，物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，有利于光线的汇聚；通过使第二透镜具有负屈折力，像侧面于近光轴处为凹面，有利于边缘光线进入与偏折，可减小后面透镜承担的偏折角，使得光线在各个透镜上的偏折角较为均匀，有效矫正边缘视场的像差；通过使第三透镜物侧面于近光轴处为凹面，有利于修正光学系统的场曲像差，像侧面于近光轴处为凸面，可加强长焦镜头近轴视场的光线汇聚，有利于修正系统球差，实现长焦特性；通过使第四透镜具备正屈折力，物侧面于近光轴处为凸面，可有效缩短光学系统的总长，像侧面于近光轴处为凹面，可使光学系统拥有较长的后焦。因此，满足上述面型，有利于光学系统实现长焦距、较小的光学总长的效果。
通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统的最大视场角和焦距的比值得到合理配置，有利于光学系统具有较长有效焦距及足够大的视场角的情况下，保持较小的边缘视场像差，进而提升光学系统的成像品质。低于关系式下限，光学系统的视场角过小，不能满足光学系统对拍摄范围的要求；超过关系式上限，光学系统的视场角过大，造成边缘视场畸变过大，图像外围会出现扭曲现象，导致光学系统的成像性能下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0<CT23/ET23<3.0；其中，CT23为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，ET23为所述第二透镜的像侧面的最大有效孔径处至所述第三透镜的物侧面的最大有效孔径处于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，可以在保证镜头组装工艺性的同时，充分压缩第二透镜和第三透镜的间隔距离，使长焦镜头具备小型化的特点。低于关系式下限，不利于实现长焦镜头的小型化需求，且会增加隔圈成本，不利于透镜的组装；超过关系式上限，第二透镜与第三透镜之间的间隔空间太小，空间余量太小，导致光学系统敏感度加大。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.4<f12/f34<2.0；其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合有效焦距，f34为所述第三透镜和所述第四透镜的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以较好控制第一透镜和第二透镜的组合焦距的大小、第三透镜和第四透镜的组合焦距的大小，实现光学系统球差的平衡，获得轴上视场的良好成像品质，同时，还可以使光学系统的主面远离成像面，拥有更大的焦深，加强长焦镜头的摄远功能。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2<f4/f1<55；其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理分配第一透镜与第四透镜有效焦距的比值，以平衡第二透镜产生的负球差，有利于提升光学系统的摄远能力，同时降低光学系统的敏感度，提高像平面的清晰度。低于关系式下限，第四透镜屈折力过强，导致第四透镜于光轴上的厚度过薄，不利于第四透镜的加工和制作；超过关系式上限，第四透镜的屈折力过弱，边缘视场光线射入成像面内感光元件的角度较大，而导致感光元件识别被摄物信息不足而造成成像失真的现象。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.5<TT/BFL<2.0；其中，TT为所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面于光轴上的距离，BFL为所述第四透镜的像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，可以合理分配各个透镜的光焦度，更好的配置镜片的形状，在满足镜头小型化的同时，也有利于提升镜头的摄远能力。低于关系式下限，第一透镜的物侧面到第四透镜的像侧面于光轴上的距离过小，透镜像差修正困难，摄远成像品质不佳；超过关系式上限，第四透镜的像侧面至成像面于光轴上的距离过小，即光学系统的后焦过小，易于导致光线到达成像面的入射角过大，影响感光元件接受光线的效率，降低成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.5<R6/R7<2.0；其中，R6为所述第三透镜的物侧面于光轴上的曲率半径，R7为所述第三透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，可以通过调整第三透镜的曲率半径，保证第三透镜的加工可行性，同时有效修正系统球差和像散，提升摄像头的成像品质。低于关系式下限，第三透镜物侧面于近光轴处的面型过度弯曲，成型不良，影响制造良率；超过关系式上限，第三透镜物侧面于近光轴处的面型太过平滑，导致像差修正困难，外视场像散过大，影响长焦镜头成像质量。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2.6<f/EPD<3.5；其中，EPD为所述光学系统的入瞳直径。通过使光学系统满足上述关系式，可以使光学系统具备大光圈的特点，从而增加光学系统单位时间内的光通量，增强暗环境下的成像效果。同时，可使得靠近光阑位置的第一透镜具有较小的孔径，有利于结构微型化的设计。低于关系式下限，光学系统的入瞳直径变大，导致进入系统的光线增多，边缘光线慧差像差的修正困难，成像不清晰，同时第一透镜的口径增大，厚薄比不均，工艺成型难度增加；超过关系式上限，光学系统的通光量不足，在较暗的环境下或者光线不足的情况下，光学系统难以获取被测物较为清晰的细节信息。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0<Imgh/CT1<2.0；其中，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，可以满足高像素的效果，同时，第一透镜厚度的配置可加强其对环境的抵抗力，避免第一透镜过薄而影响制造良率。低于关系式下限，光学系统的像高过小，无法与大尺寸的感光芯片匹配而难以实现高像素成像；超过关系式上限，第一透镜于光轴上的厚度过小，导致第一透镜的正屈折力过小，不利于光线的汇聚，影响光学系统的小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.5<(R4+R5)/(R4-R5)<3.0；其中，R4为所述第二透镜的物侧面于光轴上的曲率半径，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，第二透镜物侧面的曲率半径和像侧面的曲率半径较为合适，可保证第二透镜形状的可加工性，同时能有效分配镜片承担的光学偏折角，改善轴外视场像散。低于关系式下限，第二透镜面型弯曲度过大，透镜敏感度加大，不利于像差的矫正；超过关系式上限，第二透镜面型过于平滑，边缘光线偏折角度较小，从而加大第三透镜和第四透镜矫正像差的难度。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0<(f4/R9)+(f2/R5)<100；其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，R9为所述第四透镜的像侧面于光轴上的曲率半径，f2为所述第二透镜的有效焦距，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，可使系统正负球差抵消，提升成像品质。
第二方面，本发明还提供了一种摄像模组，该摄像模组包括感光芯片和第一方面任一项实施方式所述的光学系统，所述感光芯片设置在所述光学系统的像侧。其中，感光芯片的感光面位于光学系统的成像面，穿过透镜入射到感光面上的物的光线可转换成图像的电信号。感光芯片可以为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。该摄像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。通过在摄像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，使得摄像模组具有长焦距、较小的光学总长和较大视场角的特点。
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二方面所述的摄像模组，所述摄像模组设置在所述壳体内。该电子设备包括但不限于智能手机、电脑和智能手表等。通过在电子设备中加入本发明提供的摄像模组，使得电子设备具有长焦距、较小的光学总长和较大视场角的特点。
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，显而易见的，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，所述第一透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第三透镜，具有屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面于近光轴处均为凹面。
所述光学系统满足关系式：1deg/mm<HFOV/f<1.3deg/mm；其中，HFOV为所述光学系统的最大视场角的一半，f为所述光学系统的有效焦距。
通过使第一透镜具有正屈折力，物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，有利于光线的汇聚；通过使第二透镜具有负屈折力，像侧面于近光轴处为凹面，有利于边缘光线进入与偏折，可减小后面透镜承担的偏折角，使得光线在各个透镜上的偏折角较为均匀，有效矫正边缘视场的像差；通过使第三透镜物侧面于近光轴处为凹面，有利于修正光学系统的场曲像差，像侧面于近光轴处为凸面，可加强长焦镜头近轴视场的光线汇聚，有利于修正系统球差，实现长焦特性；通过使第四透镜具备正屈折力，物侧面于近光轴处为凸面，可有效缩短光学系统的总长，像侧面于近光轴处为凹面，可使光学系统拥有较长的后焦。因此，满足上述面型，有利于光学系统实现长焦距、较小的光学总长的效果。
通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统的最大视场角和焦距的比值得到合理配置，有利于光学系统在具有较长有效焦距及足够大的视场角的情况下，保持较小的边缘视场像差，进而提升光学系统的成像品质。低于关系式下限，光学系统的视场角过小，不能满足光学系统对拍摄范围的要求；超过关系式上限，光学系统的视场角过大，造成边缘视场畸变过大，图像外围会出现扭曲现象，导致光学系统的成像性能下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0<CT23/ET23<3.0；其中，CT23为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，ET23为所述第二透镜的像侧面的最大有效孔径处至所述第三透镜的物侧面的最大有效孔径处于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，可以在保证镜头组装工艺性的同时，充分压缩第二透镜和第三透镜的间隔距离，使长焦镜头具备小型化的特点。低于关系式下限，不利于实现长焦镜头的小型化需求，且会增加隔圈成本，不利于透镜的组装；超过关系式上限，第二透镜与第三透镜之间的间隔空间太小，空间余量太小，导致光学系统敏感度加大。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.4<f12/f34<2.0；其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合有效焦距，f34为所述第三透镜和所述第四透镜的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以较好控制第一透镜和第二透镜的组合焦距的大小、第三透镜和第四透镜的组合焦距的大小，实现光学系统球差的平衡，获得轴上视场的良好成像品质，同时，还可以使光学系统的主面远离成像面，拥有更大的焦深，加强长焦镜头的摄远功能。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2<f4/f1<55；其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，可以合理分配第一透镜与第四透镜有效焦距的比值，以平衡第二透镜产生的负球差，有利于提升光学系统的摄远能力，同时降低光学系统的敏感度，提高像平面的清晰度。低于关系式下限，第四透镜屈折力过强，导致第四透镜于光轴上的厚度过薄，不利于第四透镜的加工和制作；超过关系式上限，第四透镜的屈折力过弱，边缘视场光线射入成像面内感光元件的角度较大，而导致感光元件识别被摄物信息不足而造成成像失真的现象。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.5<TT/BFL<2.0；其中，TT为所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面于光轴上的距离，BFL为所述第四透镜的像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，可以合理分配各个透镜的光焦度，更好的配置镜片的形状，在满足镜头小型化的同时，也有利于提升镜头的摄远能力。低于关系式下限，第一透镜的物侧面到第四透镜的像侧面于光轴上的距离过小，透镜像差修正困难，摄远成像品质不佳；超过关系式上限，第四透镜的像侧面至成像面于光轴上的距离过小，即光学系统的后焦过小，易于导致光线到达成像面的入射角过大，影响感光元件接受光线的效率，降低成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.5<R6/R7<2.0；其中，R6为所述第三透镜的物侧面于光轴上的曲率半径，R7为所述第三透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，可以通过调整第三透镜的曲率半径，保证第三透镜的加工可行性，同时有效修正系统球差和像散，提升摄像头的成像品质。低于关系式下限，第三透镜的面型过度弯曲，成型不良，影响制造良率；超过关系式上限，第三透镜的面型太过平滑，导致像差修正困难，外视场像散过大，影响长焦镜头成像质量。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：2.6<f/EPD<3.5；其中，EPD为所述光学系统的入瞳直径。通过使光学系统满足上述关系式，可以使光学系统具备大光圈的特点，从而增加光学系统单位时间内的光通量，增强暗环境下的成像效果。同时，可使得靠近光阑位置的第一透镜具有较小的孔径，有利于结构微型化的设计。低于关系式下限，光学系统的入瞳直径变大，导致进入系统的光线增多，边缘光线慧差像差的修正困难，成像不清晰，同时第一透镜的口径增大，厚薄比不均，工艺成型难度增加；超过关系式上限，光学系统的通光量不足，在较暗的环境下或者光线不足的情况下，光学系统难以获取被测物较为清晰的细节信息。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0<Imgh/CT1<2.0；其中，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，可以满足高像素的效果，同时，第一透镜厚度的配置可加强其对环境的抵抗力，避免第一透镜过薄而影响制造良率。低于关系式下限，光学系统的像高过小，无法与大尺寸的感光芯片匹配而难以实现高像素成像；超过关系式上限，第一透镜于光轴上的厚度过小，导致第一透镜的正屈折力过小，不利于光线的汇聚，影响光学系统的小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.5<(R4+R5)/(R4-R5)<3.0；其中，R4为所述第二透镜的物侧面于光轴上的曲率半径，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，第二透镜物侧面的曲率半径和像侧面的曲率半径较为合适，可保证第二透镜形状的可加工性，同时能有效分配镜片承担的光学偏折角，改善轴外视场像散。低于关系式下限，第二透镜面型弯曲度过大，透镜敏感度加大，不利于像差的矫正；超过关系式上限，第二透镜面型过于平滑，边缘光线偏折角度较小，从而加大第三透镜和第四透镜矫正像差的难度。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0<(f4/R9)+(f2/R5)<100；其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，R9为所述第四透镜的像侧面于光轴上的曲率半径，f2为所述第二透镜的有效焦距，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。通过使光学系统满足上述关系式，可使系统正负球差抵消，提升成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统的第二透镜和第三透镜的面型配置有利于对第二透镜和第三透镜进行切边处理，减小光学系统垂直于光轴方向上的厚度，进一步实现摄像模组的轻薄化。
一种实施方式中，所述光学系统还包括转向棱镜，所述转向棱镜设置于所述第一透镜的物侧，所述转向棱镜的入光面和出光面相垂直。设置转向棱镜将光路偏折90deg，能够实现潜望式摄像，从而使得光学系统应用于电子设备中时有利于缩短电子设备的厚度，进而有利于电子设备的便携式设计。
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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面，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。
此外，光学系统还包括光阑STO、红外截止滤光片IR和成像面IMG。本实施例中，光阑STO设置在光学系统的第一透镜的物侧面一侧，用于控制进光量。红外截止滤光片IR设置在第四透镜L4和成像面IMG之间，其包括物侧面S9和像侧面S10，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的光线仅为可见光，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。第一透镜L1至第四透镜L4的材质为塑料(Plastic)。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各项参数，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
Figure BDA0003503965200000061
Figure BDA0003503965200000071
其中，f为光学系统的有效焦距，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至第四透镜L4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：
Figure BDA0003503965200000072
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
Figure BDA0003503965200000073
图2中(a)示出了第一实施例的光学系统在波长为656.2725nm、587.5618nm、486.1327nm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，即成像面到光线与光轴交点的距离(单位为mm)，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汇聚焦点偏离。由图2中(a)可以看出，第一实施例中的各波长光线的汇聚焦点偏离程度趋于一致，成像画面中的弥散斑或色晕得到有效抑制光学系统，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587.5618nm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。像散曲线图中的S曲线代表587.5618nm下的弧矢场曲，T曲线代表587.5618nm下的子午场曲。由图2中(b)可以看出，光学系统的场曲较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像。
图2中(c)还示出了第一实施例的光学系统在波长为587.5618nm时的畸变曲线。其中，沿X轴方向的横坐标表示畸变值，单位为％，沿Y轴方向的纵坐标表示像高，单位为mm。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587.5618nm下，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良。
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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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于近光轴处为凹面、于近圆周处为凸面，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各项参数，其中，焦距、材料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
Figure BDA0003503965200000081
Figure BDA0003503965200000091
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 BDA0003503965200000092
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汇聚焦点偏离；像散曲线表示子午场曲和弧矢场曲；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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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各项参数，其中，焦距、材料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
Figure BDA0003503965200000101
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 BDA0003503965200000102
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汇聚焦点偏离；像散曲线表示子午场曲和弧矢场曲；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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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各项参数，其中，焦距、材料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
Figure BDA0003503965200000111
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 BDA0003503965200000112
Figure BDA0003503965200000121
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汇聚焦点偏离；像散曲线表示子午场曲和弧矢场曲；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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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各项参数，其中，焦距、材料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
Figure BDA0003503965200000122
Figure BDA0003503965200000131
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 BDA0003503965200000132
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汇聚焦点偏离；像散曲线表示子午场曲和弧矢场曲；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于近光轴处和近圆周处均为凸面。
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各项参数，其中，焦距、材料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
Figure BDA0003503965200000141
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 BDA0003503965200000142
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汇聚焦点偏离；像散曲线表示子午场曲和弧矢场曲；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HFOV/f、CT23/ET23、f12/f34、f4/f1、TT/BFL、R6/R7、f/EPD、Imgh/CT1、(R4+R5)/(R4-R5)和(f4/R9)+(f2/R5)的值。
表7
Figure BDA0003503965200000151
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：1deg/mm<HFOV/f<1.3deg/mm、1.0<CT23/ET23<3.0、0.4<f12/f34<2.0、2<f4/f1<55、0.5<TT/BFL<2.0、0.5<R6/R7<2.0、2.6<f/EPD<3.5、1.0<Imgh/CT1<2.0、1.5<(R4+R5)/(R4-R5)<3.0、0<(f4/R9)+(f2/R5)<100的值。
本发明还提供了一种摄像模组，该摄像模组包括感光芯片和第一方面任一项实施方式所述的光学系统，所述感光芯片设置在所述光学系统的像侧。其中，感光芯片的感光面位于光学系统的成像面，穿过透镜入射到感光面上的物的光线可转换成图像的电信号。感光芯片可以为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。该摄像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。通过在摄像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，使得摄像模组具有长焦距、较小光学总长和较大视场角的特点。
本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和第二方面所述的摄像模组，所述摄像模组设置在所述壳体内。该电子设备包括但不限于智能手机、电脑和智能手表等。通过在电子设备中加入本发明提供的摄像模组，使得电子设备具有长焦距、较小光学总长和较大视场角的特点。
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的权利范围，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，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和像侧面于近光轴处均为凸面；
第二透镜，具有负屈折力，所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
第三透镜，具有屈折力，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
第四透镜，具有正屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有屈折力的透镜为四片；
所述光学系统满足关系式：1deg/mm<HFOV/f<1.3deg/mm；
其中，HFOV为所述光学系统的最大视场角的一半，f为所述光学系统的有效焦距。
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：
1.0<CT23/ET23<3.0；
其中，CT23为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，ET23为所述第二透镜的像侧面的最大有效孔径处与所述第三透镜的物侧面的最大有效孔径处在光轴方向上的距离。
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：
0.4<f12/f34<2.0；
其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合有效焦距，f34为所述第三透镜和所述第四透镜的组合有效焦距。
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<f4/f1<55；
其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距。
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：
0.5<TT/BFL<2.0；
其中，TT为所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面于光轴上的距离，BFL为所述第四透镜的像侧面至成像面于光轴上的距离。
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：
0.5<R6/R7<2.0，且/或1.5<(R4+R5)/(R4-R5)<3.0；
其中，R6为所述第三透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，R7为所述第三透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，R4为所述第二透镜的物侧面于光轴上的曲率半径，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。
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：
2.6<f/EPD<3.5；
其中，EPD为所述光学系统的入瞳直径。
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：
1.0<Imgh/CT1<2.0；
其中，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。
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：
0<(f4/R9)+(f2/R5)<100；
其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，R9为所述第四透镜的像侧面于光轴上的曲率半径，f2为所述第二透镜的有效焦距，R5为所述第二透镜的像侧面于光轴上的曲率半径。
10.一种摄像模组，其特征在于，包括如权利要求1至9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。
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所述的摄像模组，所述摄像模组设置在所述壳体内。
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