CN114740604A - 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五透镜，且第一透镜和第五透镜具有正屈折力，第四透镜具有负屈折力，其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第五透镜的物侧面于近光轴处均为凸面，第二透镜的像侧面和第四透镜的物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，有利于满足小型化、长焦距和良好的成像质量的特点。

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，具备摄影功能的可携带电子产品呈现越来越轻薄化的发展趋势，因此，对光学镜片系统满足高成像品质且小型化的需求也越来越高。但是，具有长焦特性的光学系统的总长会相应变长，进而使其焦距受到电子产品厚度的限制，同时，光学系统在变为长焦时，难以实现良好的成像质量，视场角也会大幅度减少。
因此，如何在减小镜头尺寸的前提下，实现长焦距、良好的成像质量的效果，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，解决现有技术中镜头尺寸较小的前提下，还需要具备长焦距和良好的成像质量的问题。
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，由五片透镜组成，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近光轴处为凸面；第二透镜，具有屈折力，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，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凸面；第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面；滤光片，所述滤光片位于所述第五透镜和成像面之间。
所述光学系统满足关系式：2.2<TTL/BF<3.3；其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，BF为所述第五透镜的像侧面至所述滤光片的物侧面于光轴上的距离。
通过使第一透镜具有正屈折力，且第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于光线的汇聚，从而控制光学系统的总长；通过使第二透镜具有屈折力，且第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面，有利于边缘光线的进入与偏折，可减小第二透镜后续的透镜所承担的偏折角，使得光线在各个透镜上的偏折角较为均匀，有利于降低光学系统的球差，进而可以提高所述光学镜头的成像品质；通过使第三透镜具有屈折力，且第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于进一步加强光学系统近轴处光线的汇聚，实现远摄的特性；通过使第四透镜具备负屈折力，且第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，可以校正入射光线经过前述透镜所产生的畸变、像散及场曲，进而得到高品质成像；通过使第五透镜具有正屈折力，且第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于有效缩短光学系统的总长，同时矫正光学系统的像散和像差。因此，满足上述面型，有利于控制光学系统的总长，提高光学系统的成像质量，并且使得光学镜头具有长焦距，能够让远距离物体获得近距离成像的效果。
通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统中各个透镜的光焦度以及各个透镜的面型得到合理配置，使光学系统在满足小型化的同时，提升摄远能力，实现小型化和长焦距的效果。低于关系式下限，光学系统的总长过小，各个透镜的像差修正困难，且光学系统的摄远成像品质不佳；超过关系式上限，光学系统中各个透镜的结构不够紧凑，导致光学系统的总长过长，不利于各个透镜的组装。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-3.0<f23/f1<-0.5；其中，f23为所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距，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，有利于加强第一透镜对光线的汇聚能力，使光学系统获得轴上视场的良好成像品质，同时，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供负屈折力，矫正具有正屈折力的第一透镜所产生的系统球差，可保证光学系统的正负球差相互平衡，降低光学系统的敏感度。低于关系式下限，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供的负屈折力不足，会导致光学系统中后透镜组平衡像差较为困难，增大光学系统的敏感度，导致成像品质不佳；超过关系式上限，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供的负屈折力过大，像差矫正过度，不利于缩短光学系统的长度。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.8<SD11/SD52<1.3；其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD52为所述第五透镜的像侧面的最大有效口径的一半。通过使光学系统满足上述关系式，有利于控制光学系统中透镜组的外径尺寸，以减少光学系统径向方向上的厚度，从而实现光学系统小型化的要求。低于关系式下限，第五透镜像侧面的口径过大，不利于光学系统后端径向尺寸的减小，难以满足光学系统小型化的要求；超过关系式上限，第五透镜像侧面的口径过小，光学系统的边缘视场相对亮度不足，导致成像面从中心至边缘处的亮度不均。
一种实施方式中，所述光学系统还具备光阑，所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间，所述光学系统满足关系式：1.0<T78/CT3+T89/CT4<10；其中，T78为所述第三透镜的像侧面至光阑于光轴上的距离，T89为光阑至所述第四透镜的物侧面于光轴上的距离，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，有利于在保证光学系统中各个透镜具备组装与成型的工艺性的同时，充分压缩各个透镜之间的间隔距离，从而实现光学系统小型化的要求。低于关系式下限，光学系统中各个透镜之间的间隔距离过小，导致透镜之间可分配的空间余量太小，组装干涉可导致光学系统的敏感度加大；超过关系式上限，第三透镜与第四透镜之间的间隔距离增大，需要增加额外的大隔圈设计，增加光学系统的重量与成本，且不利于实现光学系统小型化的需求。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：1.0<f4/R7<55；其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，R7为所述第四透镜的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，有利于合理分配第四透镜的屈折力，以实现光学系统球差的平衡，同时，第四透镜的物侧面于光轴处为凹面，弯向光阑面，有利于中心视场光线的汇聚，控制边缘视场光线的走向，有效减小边缘视场光线进入感光芯片的偏折角，提升相对亮度，使像面成像均匀清晰。低于关系式下限，第四透镜的负焦距过小，负屈折力过大，光学系统矫正球差的能力不足，导致光轴附近视场的成像质量不佳；超过关系式上限，第四透镜的负焦距过大，负屈折力过小，其物侧面过于弯曲，容易成型不良，影响制造良率。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：5.0<R6/CT3<40.0；其中，R6为所述第三透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，有利于使第三透镜的形状与厚度得到合理的配置，提高光学系统中透镜的制造良率以及修正像差的能力。低于关系式下限，第三透镜的中心厚度过大，像侧面的曲率半径过小，光学系统的敏感度过高，导致第三透镜成型良率不佳；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，外视场场区像差过大，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：0.2<f1/f<0.65；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f为所述光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于合理分配第一透镜的光焦度，提升光学系统的摄远能力，同时，还有利于降低光学系统的球差，提高成像面的清晰度。低于关系式下限，第一透镜的光焦度分配不均，导致光学系统的摄远能力不足，场曲增大，降低成像面的清晰度；超过关系式上限，第一透镜的光焦度过大，光学系统中具有负屈折力的透镜矫正像差困难，成像质量不佳。
一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：3.0<f/Imgh<4.0；其中，f为所述光学系统的有效焦距，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，有利于在满足摄远功能的同时，有效控制光学系统的尺寸大小，并使光学系统具备足够的成像尺寸，以增加影像的亮度，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：2.0deg<CRAmax-HFOV<9.0deg；其中，CRAmax为所述光学系统最大成像高度视场的主光线在成像面上的入射角度，HFOV为所述光学系统的最大成像高度对应的视场角的一半。通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统最大成像高度视场的主光线角度与光学系统的最大成像高度对应的视场角的一半得到合理配置，使得光学系统能够更好的匹配芯片。低于关系式下限，最大成像高度视场的主光线角度过小，不易匹配高像素的芯片，从而无法达到高像素拍摄效果；超过关系式上限，最大成像高度视场的主光线角度过大，易造成边缘视场的场区像差过大，导致各个视场成像效果不佳。
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，使得摄像模组具有小型化、长焦距和良好的成像质量的特点。
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，使得电子设备具有小型化、长焦距和良好的成像质量的特点。
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；
图13是第七实施例的光学系统的结构示意图；
图14示出了第七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，由五片透镜组成，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有正屈折力，第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第二透镜，具有屈折力，第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，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，第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面；第四透镜，具有负屈折力，第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；第五透镜，具有正屈折力，第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面；滤光片，滤光片位于第五透镜和成像面之间。
光学系统满足关系式：2.2<TTL/BF<3.3；其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，BF为第五透镜的像侧面至滤光片的物侧面于光轴上的距离。
通过使第一透镜具有正屈折力，且第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于光线的汇聚，从而控制光学系统的总长；通过使第二透镜具有屈折力，且第二透镜的像侧面于近光轴处为凹面，有利于边缘光线的进入与偏折，可减小第二透镜后续的透镜所承担的偏折角，使得光线在各个透镜上的偏折角较为均匀，有利于降低光学系统的球差，进而可以提高光学镜头的成像品质；通过使第三透镜具有屈折力，且第三透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于进一步加强光学系统近轴处光线的汇聚，实现远摄的特性；通过使第四透镜具备负屈折力，且第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面，可以校正入射光线经过前述透镜所产生的畸变、像散及场曲，进而得到高品质成像；通过使第五透镜具有正屈折力，且第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面，有利于有效缩短光学系统的总长，同时矫正光学系统的像散和像差。因此，满足上述面型，有利于控制光学系统的总长，提高光学系统的成像质量，并且使得光学镜头具有长焦距，能够让远距离物体获得近距离成像的效果。
通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统中各个透镜的光焦度以及各个透镜的面型得到合理配置，使光学系统在满足小型化的同时，提升摄远能力，实现小型化和长焦距的效果。低于关系式下限，光学系统的总长过小，各个透镜的像差修正困难，且光学系统的摄远成像品质不佳；超过关系式上限，光学系统中各个透镜的结构不够紧凑，导致光学系统的总长过长，不利于各个透镜的组装。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：-3.0<f23/f1<-0.5；其中，f23为第二透镜和第三透镜的组合有效焦距，f1为第一透镜的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于加强第一透镜对光线的汇聚能力，使光学系统获得轴上视场的良好成像品质，同时，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供负屈折力，矫正具有正屈折力的第一透镜所产生的系统球差，可保证光学系统的正负球差相互平衡，降低光学系统的敏感度。低于关系式下限，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供的负屈折力不足，会导致光学系统中后透镜组平衡像差较为困难，增大光学系统的敏感度，导致成像品质不佳；超过关系式上限，第二透镜和第三透镜的组合透镜提供的负屈折力过大，像差矫正过度，不利于缩短光学系统的长度。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.8<SD11/SD52<1.3；其中，SD11为第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD52为第五透镜的像侧面的最大有效口径的一半。通过使光学系统满足上述关系式，有利于控制光学系统中透镜组的外径尺寸，以减少光学系统径向方向上的厚度，从而实现光学系统小型化的要求。低于关系式下限，第五透镜像侧面的口径过大，不利于光学系统后端径向尺寸的减小，难以满足光学系统小型化的要求；超过关系式上限，第五透镜像侧面的口径过小，光学系统的边缘视场相对亮度不足，导致成像面从中心至边缘处的亮度不均。
一种实施方式中，光学系统还具备光阑，光阑位于第三透镜和第四透镜之间，光学系统满足关系式：1.0<T78/CT3+T89/CT4<10；其中，T78为第三透镜的像侧面至光阑于光轴上的距离，T89为光阑至第四透镜的物侧面于光轴上的距离，CT3为第三透镜于光轴上的厚度，CT4为第四透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，有利于在保证光学系统中各个透镜具备组装与成型的工艺性的同时，充分压缩各个透镜之间的间隔距离，从而实现光学系统小型化的要求。低于关系式下限，光学系统中各个透镜之间的间隔距离过小，导致透镜之间可分配的空间余量太小，组装干涉可导致光学系统的敏感度加大；超过关系式上限，第三透镜与第四透镜之间的间隔距离增大，需要增加额外的大隔圈设计，增加光学系统的重量与成本，且不利于实现光学系统小型化的需求。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.0<f4/R7<55；其中，f4为第四透镜的有效焦距，R7为第四透镜的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，有利于合理分配第四透镜的屈折力，以实现光学系统球差的平衡，同时，第四透镜的物侧面于光轴处为凹面，弯向光阑面，有利于中心视场光线的汇聚，控制边缘视场光线的走向，有效减小边缘视场光线进入感光芯片的偏折角，提升相对亮度，使像面成像均匀清晰。低于关系式下限，第四透镜的负焦距过小，负屈折力过大，光学系统矫正球差的能力不足，导致光轴附近视场的成像质量不佳；超过关系式上限，第四透镜的负焦距过大，负屈折力过小，其物侧面过于弯曲，容易成型不良，影响制造良率。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：5.0<R6/CT3<40.0；其中，R6为第三透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，CT3为第三透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，有利于使第三透镜的形状与厚度得到合理的配置，提高光学系统中透镜的制造良率以及修正像差的能力。低于关系式下限，第三透镜的中心厚度过大，像侧面的曲率半径过小，光学系统的敏感度过高，导致第三透镜成型良率不佳；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，外视场场区像差过大，影响长焦镜头成像质量。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.2<f1/f<0.65；其中，f1为第一透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于合理分配第一透镜的光焦度，提升光学系统的摄远能力，同时，还有利于降低光学系统的球差，提高成像面的清晰度。低于关系式下限，第一透镜的光焦度分配不均，导致光学系统的摄远能力不足，场曲增大，降低成像面的清晰度；超过关系式上限，第一透镜的光焦度过大，光学系统中具有负屈折力的透镜矫正像差困难，成像质量不佳。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：3.0<f/Imgh<4.0；其中，f为光学系统的有效焦距，Imgh为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，有利于在满足摄远功能的同时，有效控制光学系统的尺寸大小，并使光学系统具备足够的成像尺寸，以增加影像的亮度，从而提升成像品质。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：2.0deg<CRAmax-HFOV<9.0deg；其中，CRAmax为光学系统最大成像高度视场的主光线在成像面上的入射角度，HFOV为光学系统的最大成像高度对应的视场角的一半。通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统最大成像高度视场的主光线角度与光学系统的最大成像高度对应的视场角的一半得到合理配置，使得光学系统能够更好的匹配芯片。低于关系式下限，最大成像高度视场的主光线角度过小，不易匹配高像素的芯片，从而无法达到高像素拍摄效果；超过关系式上限，最大成像高度视场的主光线角度过大，易造成边缘视场的场区像差过大，导致各个视场成像效果不佳。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.5<f5/f<2.0；其中，f5为第五透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，且第五透镜提供正屈折力，有利于第五透镜在更小的尺寸下实现长焦距的摄远功能，实现光学系统小型化、长焦距的要求，同时，还可以达到提供较窄的视野、形成较大的目标图像的效果。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：-2.0<f1/f4<0；其中，f1为第一透镜的有效焦距，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，有利于使第一透镜及第四透镜的光焦度控制在合适范围内，其中，第一透镜具有正屈折力，有利于光线更好的汇聚进入光学系统，保证光学系统长焦的特性，第四透镜具有负屈折力，有利于光线的发散，可有效修正像差，使光学系统的正光焦度前移，增加焦距，保证光学系统在小视场内的具备长焦距的特点。
一种实施方式中，光学系统满足关系式：0.01<CT2/TTL<0.05；其中，CT2为第二透镜于光轴上的厚度，TTL为第一透镜的物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，有利于第二透镜的厚度得到合理配置，使第二透镜具有合适的成型厚度，从而降低光学系统的敏感度，且保证光学系统小型化的要求。低于关系式下限，第二透镜过薄，不利于镜片成型，并且会导致光学系统的敏感度增加，制造良率的降低；超过关系式上限，第二透镜相对较厚，光学系统的像差矫正困难，导致光学系统不易小型化。
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
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，像侧面S4于近光轴处为凹面。
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，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，像侧面S10于近光轴处为凸面。
此外，光学系统还包括孔径光阑STO1、光阑STO2、红外截止滤光片IR和成像面IMG。本实施例中，孔径光阑STO1设置在光学系统的第一透镜的物侧面上，光阑STO2设置在第三透镜与第四透镜之间，用于控制进光量。红外截止滤光片IR设置在第五透镜L5和成像面IMG之间，其包括物侧面S11和像侧面S12，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至第五透镜L5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 BDA0003617336400000071
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，HFOV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至第五透镜L5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 BDA0003617336400000072
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 BDA0003617336400000081
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
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，像侧面S4于近光轴处为凹面。
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，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5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。
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 BDA0003617336400000091
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 BDA0003617336400000092
Figure BDA0003617336400000101
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凸面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，像侧面S4于近光轴处为凹面。
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，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凹面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，像侧面S10于近光轴处为凸面。
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 BDA0003617336400000102
Figure BDA0003617336400000111
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 BDA0003617336400000112
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凸面。
第二透镜L2，具有正屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，像侧面S4于近光轴处为凹面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5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。
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 BDA0003617336400000121
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 BDA0003617336400000122
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凹面。
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，像侧面S4于近光轴处为凹面。
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，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5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。
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 BDA0003617336400000131
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 BDA0003617336400000141
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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凸面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，像侧面S4于近光轴处为凹面。
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，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5的物侧面S9于近光轴处为凸面，像侧面S10于近光轴处为凸面。
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 BDA0003617336400000142
Figure BDA0003617336400000151
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 BDA0003617336400000152
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。
第七实施例
请参考图13和图14，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于近光轴处为凸面，像侧面S2于近光轴处为凸面。
第二透镜L2，具有负屈折力，第二透镜L2的物侧面S3于近光轴处为凸面，像侧面S4于近光轴处为凹面。
第三透镜L3，具有负屈折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凸面，像侧面S6于近光轴处为凹面。
第四透镜L4，具有负屈折力，第四透镜L4的物侧面S7于近光轴处为凹面，像侧面S8于近光轴处为凸面。
第五透镜L5，具有正屈折力，第五透镜L5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。
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7a
Figure BDA0003617336400000161
表7b给出了可用于第七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 BDA0003617336400000162
Figure BDA0003617336400000171
图14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14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f23/f1、TTL/BF、SD11/SD52、T78/CT3+T89/CT4、f4/R7、f5/f、R6/CT3、f1/f4、CT2/TTL、f1/f、f/Imgh和CRAmax-HFOV的值。
表8
第一实施例 第二实施例 第三实施例 第四实施例 第五实施例 第六实施例 第七实施例
f23/f1 -1.96 -4.44 -1.99 -1.12 -2.37 -1.82 -1.17
TTL/BF 2.22 3.26 2.33 2.60 2.68 2.68 2.69
SD11/SD52 1.158 1.013 1.111 0.990 1.013 1.106 1.009
T78/CT3+T89/CT4 1.271 8.558 1.323 4.225 3.547 5.200 3.862
f4/R7 1.629 1.577 1.279 53.565 4.438 5.320 16.855
f5/f 0.772 1.566 0.850 1.869 1.745 1.510 1.892
R6/CT3 19.239 30.631 21.466 8.642 29.000 37.113 6.892
f1/f4 0.920 -1.000 -0.886 -0.045 -0.648 -0.578 -0.100
CT2/TTL 0.020 0.020 0.022 0.045 0.022 0.019 0.047
f1/f 0.394 0.488 0.384 0.532 0.440 0.389 0.517
f/Imgh 3.823 3.823 3.490 3.462 3.833 3.833 3.526
CRAmax-HFOV(deg) 6.40 7.60 7.00 2.80 5.00 5.70 4.10
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：-3.0<f23/f1<-0.5、2.2<TTL/BF<3.3、0.8<SD11/SD52<1.3、1.0<T78/CT3+T89/CT4<10、1.0<f4/R7<55、0.5<f5/f<2.0、5.0<R6/CT3<40.0、-2.0<f1/f4<0、0.01<CT2/TTL<0.05、0.2<f1/f<0.65、3.0<f/Imgh<4.0和2.0deg<CRAmax-HFOV<9.0deg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，感光芯片设置在光学系统的像侧。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，使得摄像模组具有小型化、长焦距和良好的成像质量的特点。
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，摄像模组设置在壳体内。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，使得电子设备具有小型化、长焦距和良好的成像质量的特点。
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 (10)

1.一种光学系统，其特征在于，共五片具有屈折力的镜片，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近光轴处为凸面；
第二透镜，具有屈折力，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，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凸面；
第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；
第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面；
滤光片，所述滤光片位于所述第五透镜和成像面之间；
所述光学系统满足关系式：2.2<TTL/BF<3.3；
其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，BF为所述第五透镜的像侧面至所述滤光片的物侧面于光轴上的距离。
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：
-3.0<f23/f1<-0.5；
其中，f23为所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距。
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：
0.8<SD11/SD52<1.3；
其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半，SD52为所述第五透镜的像侧面的最大有效口径的一半。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，
所述光学系统还具备光阑，所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间；
所述光学系统满足关系式：1.0<T78/CT3+T89/CT4<10；
其中，T78为所述第三透镜的像侧面至光阑于光轴上的距离，T89为光阑至所述第四透镜的物侧面于光轴上的距离，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。
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：
1.0<f4/R7<55；
其中，f4为所述第四透镜的有效焦距，R7为所述第四透镜的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：
5.0<R6/CT3<40.0；
其中，R6为所述第三透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度。
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：
0.2<f1/f<0.65，和/或3.0<f/Imgh<4.0；
其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f为所述光学系统的有效焦距，Imgh为所述光学系统最大视场角对应像高的一半。
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：
2.0deg<CRAmax-HFOV<9.0deg；
其中，CRAmax为所述光学系统最大成像高度视场的主光线在成像面上的入射角度，HFOV为所述光学系统的最大成像高度对应的视场角的一半。
9.一种摄像模组，其特征在于，包括如权利要求1至8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。
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所述的摄像模组，所述摄像模组设置在所述壳体内。
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