CN115993699A - 光学系统、取像模组及内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学系统、取像模组及内窥镜。光学系统包括具有负光焦度的第一透镜组和具有正光焦度的第二透镜组，第一透镜组包括具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜，第二透镜组包括具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜；光学系统满足：0.15≤IH/TTL≤0.2；IH为光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，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。上述光学系统，能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，并能够具有大景深。

Description

光学系统、取像模组及内窥镜

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种光学系统、取像模组及内窥镜。

背景技术

随着医疗设备的迅速发展，内窥镜在医疗领域的应用也越来越广泛，而业界对内窥镜的结构和成像质量的要求也越来越高。其中，为了最大程度的降低内窥镜对病患的损伤，业界通常要求内窥镜能够实现小型化设计。同时，在使用内窥镜进行医疗诊断时，通常要求内窥镜能够形成高清晰度的病变图像。然而，目前的内窥镜通常难以兼顾小型化设计和高成像质量的实现。

发明内容

基于此，有必要针对目前的内窥镜通常难以兼顾小型化设计和高成像质量的实现的问题，提供一种光学系统、取像模组及内窥镜。

一种光学系统，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组和具有正光焦度的第二透镜组，所述第一透镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜；

且所述光学系统满足以下条件式：

0.15≤IH/TTL≤0.2；

其中，IH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离，即所述光学系统的光学总长。

上述光学系统，具有负光焦度的第一透镜组和具有正光焦度的第二透镜组构成反摄远结构，有助于缩短光学系统的总长。另外，具有负光焦度的第一透镜组可以有效补偿具有正光焦度的第二透镜组所产生的像差，从而提升光学系统的成像质量。同时，具有正光焦度的第二透镜组可有效使光学系统的主点靠近成像面，从而有利于缩短光学系统的焦距，进而增大光学系统的景深，同时促进光学系统的小型化设计。第一透镜具有负光焦度，有利于扩大光学系统的视场角。第二透镜具有正光焦度，有利于校正第一透镜产生的像差。第三透镜与第四透镜具有正光焦度，有利于缩短光学系统的总长，同时能够有效分担光学系统所需的正光焦度，有利于降低光学系统的敏感性。第五透镜具有负光焦度，有利于补正第四透镜产生的像差，同时有利于修正光学系统的色差。

满足上述条件式时，能够合理配置光学系统的半像高和光学总长的比值，有利于光学系统匹配高像素的感光元件，从而提升光学系统的成像质量，同时也有利于缩短光学系统的总长，从而实现小型化设计。低于上述条件式的下限值时，光学系统的半像高过小，不利于匹配高像素的感光元件，从而难以实现高像素图像，同时光学系统的总长过长，难以实现光学系统的小型化设计。超过上述条件式的上限值时，光学系统的总长过短，结构过于紧凑，导致光学系统加工制造的敏感性增加，从而导致光学系统的生产良率下降，难以进行稳定的生产，生产加工成本增加。具备上述光焦度特征并满足上述条件式，光学系统能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，并能够具有大景深。

在其中一个实施例中，

所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；

所述第二透镜的像侧面于近光轴处为凸面；

所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；

所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，像侧面于近光轴处为凸面；

所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凹面。

第一透镜像侧面的凹面面型配合第一透镜的负光焦度，有利于扩大光学系统的视场角。第四透镜的双凸面型能够有效会聚光线，有利于缩短光学系统的总长。第五透镜像侧面的凹面面型有利于缩短光学系统的后焦，从而有利于缩短光学系统的总长。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：

2ω≥130°；

其中，2ω为所述光学系统的最大视场角。满足上述条件式时，光学系统具备广角特性，应用于内窥镜在体内进行病理检查时，能够实现大视野观察，从而降低漏查的风险。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：

-1.6≤f1/f≤-0.9；

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。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的负光焦度在光学系统中的占比，有利于抑制畸变、场曲、倍率色差等像差的产生，从而有利于第一透镜像侧各透镜有效矫正第一透镜产生的像差，提升光学系统的成像质量。低于上述条件式的下限值时，第一透镜的屈折力过弱，导致第一透镜组的负光焦度与第二透镜组的正光焦度难以达到平衡，从而导致像面向内弯曲增大即负场曲增加，因此难以获得高清晰度的图像质量，而且不同观察深度的图像质量也因此变差，即景深变小。超过上述条件式的上限值时，图像畸变增大，导致光学系统应用于内窥镜中时畸变过大影响病变组织判断。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：

-1.1≤f1/f4≤-0.45；

其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜与第四透镜的有效焦距的比值，有利于缩短光学系统的总长，实现小型化设计，同时也有利于第四透镜校正光学系统的慧差、场曲等像差，提升光学系统的成像质量；另外，也能够使得第一透镜的光焦度不会过大，从而使得第一透镜的面型不会过度弯曲，进而降低第一透镜的公差敏感度，有利于第一透镜的加工和组装。超过上述条件式的上限值时，第一透镜的光焦度过小，不利于缩短光学系统的总长，从而难以满足小型化设计的需求，同时第四透镜的光焦度过大，从而难以校正彗差、场曲等像差，导致像质劣化。低于上述条件式的下限值时，第一透镜的光焦度过大，导致第一透镜的面型过度弯曲，从而导致第一透镜的加工装配敏感性增大，容易因加工组装误差导致像质劣化，同时第四透镜的光焦度过小，难以有效偏折光线，不利于缩短光学系统的总长，从而不满足小型化设计的需求。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：

0.2≤d1/f≤0.75；

其中，d1为所述第一透镜于光轴上的厚度，即所述第一透镜的中心厚度，f为所述光学系统的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜的中心厚度与光学系统有效焦距的比值，有利于第一透镜的加工和组装，同时也有利于光学系统的小型化设计。低于上述条件式的下限值时，第一透镜的中心厚度过小，导致第一透镜在加工和组装过程中容易断裂。超过上述条件式的上限值时，第一透镜的中心厚度过大，导致光线在第一透镜上的入射高度增大，同时也增大了光学系统的总长，不利于小型化设计的实现。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下条件式：

0.1≤(1/FNO)*(f1/f5)≤0.28；

其中，FNO为所述光学系统的光圈数，f1为所述第一透镜的有效焦距，f5为所述第五透镜的有效焦距。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统的光圈数以及第一透镜与第五透镜的有效焦距，使得第一透镜能够有效偏折光线，有利于缩短光学系统的总长，实现小型化设计；同时能够有效校正光学系统的像散、场曲等像差，从而提升光学系统的成像质量；另外还有利于光学系统获得充足的进光量，同时有利于增大光学系统的景深。超过上述条件式的上限值时，第一透镜的焦距过大，导致第一透镜对光线的偏折能力不足，不利于小型化设计的实现，同时第五透镜的焦距过小，光焦度过大，导致像散校正过度，从而导致像质劣化，另外，光学系统的光圈数过小，光圈过大，难以良好地校正大视场的像散、场曲等像差，从而导致像质劣化，也会导致光学系统的景深变小，不利于光学系统在内窥镜中的应用。低于上述条件式的下限时，第一透镜的焦距过小，容易产生严重的像差，第五透镜的焦距过大，难以有效矫正像散、场曲等像差，从而难以得到清晰的图像，同时光圈数过大，导致通光孔径过小，从而导致图像亮度不足，不利于成像质量的提升。

在其中一个实施例中，所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间。光阑中置的设置，配合具有负光焦度的第一透镜组以及具有正光焦度的第二透镜组构成的反摄远结构，有利于实现光学系统的广角化和小型化。

一种取像模组，包括感光元件以及上述任一实施例所述的光学系统，所述感光元件设置于所述光学系统的像侧。在所述取像模组中采用上述光学系统，能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，同时也能够具备大景深，从而有利于取像模组在内窥镜中的应用。

一种内窥镜，包括壳体以及上述的取像模组，所述取像模组设置于所述壳体。在所述内窥镜中采用上述取像模组，取像模组能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，同时也能够具备大景深，从而使得内窥镜应用于医疗领域时，能够最大程度降低对病患的损伤，也能够形成高清晰度的病变图像，提升诊断的准确性。

附图说明

图1为一些实施例中光学系统的结构示意图；

图2为第一实施例中光学系统的结构示意图；

图3A为第一实施例中光学系统的场曲像散曲线图；

图3B为第一实施例中光学系统的畸变曲线图；

图3C为第一实施例中光学系统的垂轴色差曲线图；

图4为第二实施例中光学系统的结构示意图；

图5A为第二实施例中光学系统的场曲像散曲线图；

图5B为第二实施例中光学系统的畸变曲线图；

图5C为第二实施例中光学系统的垂轴色差曲线图；

图6为第三实施例中光学系统的结构示意图；

图7A为第三实施例中光学系统的场曲像散曲线图；

图7B为第三实施例中光学系统的畸变曲线图；

图7C为第三实施例中光学系统的垂轴色差曲线图；

图8为一些实施例中取像模组的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参见图1，在本申请的一些实施例中，光学系统100沿光轴110由物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组G1和具有正光焦度的第二透镜组G2。其中，具有负光焦度的第一透镜组G1和具有正光焦度G2的第二透镜组构成反摄远结构，有助于缩短光学系统100的总长。另外，具有负光焦度的第一透镜组G1可以有效补偿具有正光焦度的第二透镜组G2所产生的像差，从而提升光学系统100的成像质量。同时，具有正光焦度的第二透镜组G2可有效使光学系统100的主点靠近成像面，从而有利于缩短光学系统100的焦距，进而增大光学系统100的景深，同时促进光学系统100的小型化设计。

具体地，第一透镜组G1沿光轴110由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜L1和具有正光焦度的第二透镜L2，第二透镜组G2沿光轴1100由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4以及具有负光焦度的第五透镜L5。其中，第一透镜L1具有负光焦度，有利于扩大光学系统100的视场角。第二透镜L2具有正光焦度，有利于校正第一透镜L1产生的像差。第三透镜与L3第四透镜L4具有正光焦度，有利于缩短光学系统100的总长，同时能够有效分担光学系统100所需的正光焦度，有利于降低光学系统100的敏感性。第五透镜L5具有负光焦度，有利于补正第四透镜L4产生的像差，同时有利于修正光学系统100的色差。

可以理解的是，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5同轴设置，光学系统100中各透镜共同的轴线即为光学系统100的光轴110。光学系统100还包括位于第五透镜L5像侧的像面IMA，像面IMA即为光学系统100的成像面，入射光经第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5调节后能够成像于像面IMA。

进一步地，在一些实施例中，第一透镜L1的像侧面于近光轴110处为凹面，配合第一透镜L1的负光焦度，有利于扩大光学系统100的视场角。第二透镜L2的像侧面于近光轴110处为凸面，有利于修正第一透镜L1像侧面的凹面面型产生的像差。第三透镜L3的像侧面于近光轴110处为凸面，有利于修正光学系统100的像散。第四透镜L4的物侧面于近光轴110处为凸面，像侧面于近光轴110处为凸面，能够有效会聚光线，有利于缩短光学系统100的总长。第五透镜L5的物侧面于近光轴110处为凹面，有利于平衡第四透镜L4的双凸面型产生的像差，同时有利于修正光学系统100的色差。第五透镜L5的像侧面于近光轴110处为凹面，有利于缩短光学系统100的后焦，从而有利于缩短光学系统100的总长。

在一些实施例中，光学系统100设置有光阑S，光阑S可设置于第一透镜组G1和第二透镜组G2之间，即设置于第二透镜L2和第三透镜L3之间。光阑中置的设置，配合具有负光焦度的第一透镜组G1以及具有正光焦度的第二透镜组G2构成的反摄远结构，有利于实现光学系统100的广角化和小型化。

在一些实施例中，光学系统100还包括第一保护玻璃CG1和第二保护玻璃CG2，第一保护玻璃CG1设置于第一透镜L1的物侧，第二保护玻璃CG2设置于第五透镜L5的像侧。当光学系统100应用于内窥镜中进行观察时，不可避免地会附着血污、粘液等物质，设置第一保护玻璃CG1，能够对光学系统100内的透镜起保护作用，使得通过内窥镜前端的喷嘴喷水清洗时，不会直接冲洗第一透镜L1而造成第一透镜L1损伤或破裂。而设置第二保护玻璃CG2，能够保护设置于光学系统100像面IMA处的感光元件。

在一些实施例中，光学系统100还包括滤光片F，滤光片F可设置于第二透镜L2与第三透镜L3之间，例如设置于第二透镜L2与光阑S之间，也可设置于第五透镜L5的像侧，例如设置于第五透镜L5与保护玻璃CG2之间。滤光片F用于滤除干扰光，防止干扰光到达光学系统100的成像面而影响正常成像。具体地，滤光片F可以为红外截止滤光片，用于截止可能被感光元件感应到的近红外区域的光线。

在一些实施例中，光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，则各透镜的物侧面和像侧面于近光轴110处及圆周处的面型可能不同。非球面结构的采用能够提高透镜设计的灵活性，并有效地校正球差，改善成像质量。在另一些实施例中，光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面也可以均为球面，则各透镜的物侧面和像侧面于近光轴110处和圆周处的面型相同。需要注意的是，上述实施例仅是对本申请的一些实施例的举例，在一些实施例中，光学系统100中各透镜的表面可以是非球面或球面的任意组合。

在一些实施例中，光学系统100中的各透镜的材质可以均为玻璃或均为塑料。采用塑料材质的透镜能够减少光学系统100的重量并降低生产成本，配合光学系统100的小尺寸以实现光学系统100的轻薄化设计。而采用玻璃材质的透镜使光学系统100具备优良的光学性能以及较高的耐温性能。需要注意的是，光学系统100中各透镜的材质也可以为玻璃和塑料的任意组合，并不一定要是均为玻璃或均为塑料。

需要注意的是，第一透镜L1并不意味着只存在一片透镜，在一些实施例中，第一透镜L1中也可以存在两片或多片透镜，两片或多片透镜能够形成胶合透镜，胶合透镜最靠近物侧的表面可视为第一透镜L1的物侧面，最靠近像侧的表面可视为第一透镜L1的像侧面。或者，第一透镜L1中的各透镜之间并不形成胶合透镜，但各透镜之间的距离相对固定，此时最靠近物侧的透镜的物侧面为第一透镜L1的物侧面，最靠近像侧的透镜的像侧面为第一透镜L1像侧面。另外，一些实施例中的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4或第五透镜L5中的透镜数量也可大于或等于两片，且任意相邻透镜之间可以形成胶合透镜，也可以为非胶合透镜。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.15≤IH/TTL≤0.2；其中，IH为光学系统100的最大视场角所对应的像高的一半，TTL为第一透镜L1的物侧面至光学系统100的成像面于光轴110上的距离，即光学系统100的光学总长。具体地，IH/TTL可以为：0.174、0.175、0.176、0.177、0.178、0.179、0.180、0.181、0.182或0.184。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的半像高和光学总长的比值，有利于光学系统100匹配高像素的感光元件，从而提升光学系统100的成像质量，同时也有利于缩短光学系统100的总长，从而实现小型化设计。低于上述条件式的下限值时，光学系统100的半像高过小，不利于匹配高像素的感光元件，从而难以实现高像素图像，同时光学系统100的总长过长，难以实现光学系统100的小型化设计。超过上述条件式的上限值时，光学系统100的总长过短，结构过于紧凑，导致光学系统100加工制造的敏感性增加，从而导致光学系统100的生产良率下降，难以进行稳定的生产，生产加工成本增加。具备上述光焦度特征并满足上述条件式，光学系统100能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，并能够具有大景深。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.16≤IH/TTL≤0.19；从而进一步缩短光学系统100的总长并提升光学系统100的成像质量。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：2ω≥130°；其中，2ω为光学系统100的最大视场角。具体地，2ω可以为：142.6°、142.7°、142.9°、143.0°、143.2°、143.3°、143.5°、143.6°、143.8°或143.9°。满足上述条件式时，光学系统100具备广角特性，应用于内窥镜在体内进行病理检查时，能够实现大视野观察，从而降低漏查的风险。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：2ω≥140°；从而进一步扩大光学系统100的视场角，实现大视野观察。

需要说明的是，在一些实施例中，光学系统100可以匹配具有矩形感光面的感光元件，光学系统100的成像面与感光元件的感光面重合。此时，光学系统100成像面上有效像素区域具有水平方向以及对角线方向，则2ω可以理解为光学系统100对角线方向的最大视场角，IH可以理解为光学系统100成像面上有效像素区域对角线方向的长度的一半。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：-1.6≤f1/f≤-0.9；其中，f1为第一透镜L1的有效焦距，f为光学系统100的有效焦距。具体地，f1/f可以为：-1.431、-1.425、-1.411、-1.308、-1.296、-1.255、-1.206、-1.164、-1.098或-1.027。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的负光焦度在光学系统100中的占比，有利于抑制畸变、场曲、倍率色差等像差的产生，从而有利于第一透镜L1像侧各透镜有效矫正第一透镜L1产生的像差，提升光学系统100的成像质量。低于上述条件式的下限值时，第一透镜L1的屈折力过弱，导致第一透镜组G1的负光焦度与第二透镜组G2的正光焦度难以达到平衡，从而导致像面IMA向内弯曲增大即负场曲增加，因此难以获得高清晰度的图像质量，而且不同观察深度的图像质量也因此变差，即景深变小。超过上述条件式的上限值时，图像畸变增大，导致光学系统100应用于内窥镜中时畸变过大影响病变组织判断。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：-1.5≤f1/f≤-1.0；从而进一步抑制像差的产生，提升光学系统100的成像质量。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：-1.1≤f1/f4≤-0.45；其中，f1为第一透镜L1的有效焦距，f4为第四透镜L4的有效焦距。具体地，f1/f4可以为：-0.961、-0.932、-0.887、-0.852、-0.764、-0.728、-0.674、-0.652、-0.611或-0.579。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1与第四透镜L4的有效焦距的比值，有利于缩短光学系统100的总长，实现小型化设计，同时也有利于第四透镜L4校正光学系统100的慧差、场曲等像差，提升光学系统100的成像质量；另外，也能够使得第一透镜L1的光焦度不会过大，从而使得第一透镜L1的面型不会过度弯曲，进而降低第一透镜L1的公差敏感度，有利于第一透镜L1的加工和组装。超过上述条件式的上限值时，第一透镜L1的光焦度过小，不利于缩短光学系统100的总长，从而难以满足小型化设计的需求，同时第四透镜L4的光焦度过大，从而难以校正彗差、场曲等像差，导致像质劣化。低于上述条件式的下限值时，第一透镜L1的光焦度过大，导致第一透镜L1的面型过度弯曲，从而导致第一透镜L1的加工装配敏感性增大，容易因加工组装误差导致像质劣化，同时第四透镜L4的光焦度过小，难以有效偏折光线，不利于缩短光学系统100的总长，从而不满足小型化设计的需求。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：-1.0≤f1/f4≤-0.5；从而进一步缩短光学系统100的总长并提升光学系统100的成像质量，同时进一步降低第一透镜L1的公差敏感度。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.2≤d1/f≤0.75；其中，d1为第一透镜L1于光轴110上的厚度，即第一透镜L1的中心厚度，f为光学系统100的有效焦距。具体地，d1/f可以为：0.382、0.399、0.402、0.423、0.457、0.496、0.521、0.555、0.567或0.588。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的中心厚度与光学系统100有效焦距的比值，有利于第一透镜L1的加工和组装，同时也有利于光学系统100的小型化设计。低于上述条件式的下限值时，第一透镜L1的中心厚度过小，导致第一透镜L1在加工和组装过程中容易断裂。超过上述条件式的上限值时，第一透镜L1的中心厚度过大，导致光线在第一透镜L1上的入射高度增大，同时也增大了光学系统100的总长，不利于小型化设计的实现。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.3≤d1/f≤0.65；从而进一步提升第一透镜L1的加工和组装良率并缩短光学系统100的总长。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.1≤(1/FNO)*(f1/f5)≤0.28；其中，FNO为光学系统100的光圈数，f1为第一透镜L1的有效焦距，f5为第五透镜L5的有效焦距。具体地，(1/FNO)*(f1/f5)可以为：0.170、0.175、0.179、0.181、0.184、0.187、0.190、0.195、0.197或0.202。满足上述条件式时，能够合理配置光学系统100的光圈数以及第一透镜L1与第五透镜L5的有效焦距，使得第一透镜L1能够有效偏折光线，有利于缩短光学系统100的总长，实现小型化设计；同时能够有效校正光学系统100的像散、场曲等像差，从而提升光学系统100的成像质量；另外还有利于光学系统100获得充足的进光量，同时有利于增大光学系统100的景深。超过上述条件式的上限值时，第一透镜L1的焦距过大，导致第一透镜L1对光线的偏折能力不足，不利于小型化设计的实现，同时第五透镜L5的焦距过小，光焦度过大，导致像散校正过度，从而导致像质劣化，另外，光学系统100的光圈数过小，光圈过大，难以良好地校正大视场的像散、场曲等像差，从而导致像质劣化，也会导致光学系统100的景深变小，不利于光学系统100在内窥镜中的应用。低于上述条件式的下限时，第一透镜L1的焦距过小，容易产生严重的像差，第五透镜L5的焦距过大，难以有效矫正像散、场曲等像差，从而难以得到清晰的图像，同时光圈数过大，导致通光孔径过小，从而导致图像亮度不足，不利于成像质量的提升。

在一些实施例中，光学系统100满足条件式：0.1≤(1/FNO)*(f1/f5)≤0.28；从而进一步缩短光学系统100的总长，提升光学系统100的成像质量，并在获得充足的进光量的同时进一步增大光学系统100的景深。

以上的有效焦距数值的参考波长均为587.6nm。

根据上述各实施例的描述，以下提出更为具体的实施例及附图予以详细说明。

第一实施例

请参见图2、图3A、图3B和图3C，图2为第一实施例中的光学系统100的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括第一保护玻璃CG1、具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、滤光片F、光阑S、具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、具有负光焦度的第五透镜L5以及第二保护玻璃CG2。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。

第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

第二透镜L2的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

第三透镜L3的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凹面。

表1示出了第一实施例中光学系统各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数以及光学系统的有效焦距f、光学总长TTL、最大视场角2ω和有效光圈数值FNO等详细参数。其中，各透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.6nm，其他实施例也相同。表1中的像面IMA可理解为光学系统100的成像面。由物面(图未示出)至像面IMA的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列。第一透镜L1的“厚度”参数列中的第一个数值为第一透镜L1于光轴110上的厚度，即图中的距离d1，第二个数值为第一透镜L1的像侧面至像侧方向的后一表面(第二透镜L2的物侧面)于光轴110上的距离，即图中的d2，厚度参数列其他数值的含义可由此推得。

需要注意的是，在该实施例及以下各实施例中，光学系统100也可不设置滤光片F、第一保护玻璃CG1和第二保护玻璃CG2，但此时第二透镜L2的像侧面至第三透镜L3的物侧面以及第五透镜L5的像侧面至像面IMA的距离保持不变。

由表1的数据可知，光学系统100具备小型化、高像素和大景深的特性。

表1

另外，第一实施例中光学系统100各条件式的数值详见表4，各条件式的效果可参考上述记载，第二实施例与第三实施例也可由表4获得，后续不再赘述。

图3A为第一实施例中光学系统100的场曲像散曲线图，由图3A可知，光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，弧矢场曲小于0.003mm，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，有利于光学系统100获得大景深效果。

图3B为第一实施例中光学系统100的畸变曲线图，由图3B可知，光学系统100的最大视场的畸变小于60％，有效观察视场内的畸变小于50％，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良。其中，场曲像散曲线图以及畸变曲线图的参考波长为587.6nm，其他实施例也相同。

图3C为第一实施例中光学系统100的垂轴色差曲线图，由图3C可知，波长656.3nm与波长486.1nm数值的最大差值小于2um，光学系统100的垂轴色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。

第二实施例

请参见图4、图5A、图5B和图5C，图4为第二实施例中的光学系统100的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括第一保护玻璃CG1、具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑S、具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、具有负光焦度的第五透镜L5以及第二保护玻璃CG2。其中，第一保护玻璃CG1与第一透镜L1相胶合，例如第一保护玻璃CG1的像侧面于第一透镜L1的物侧面通过耐高温胶水胶合。

图5A为第二实施例中光学系统100的场曲像散曲线图，由图5A可知，光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，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，有利于光学系统100获得大景深效果。

图5B为第二实施例中光学系统100的畸变曲线图，由图5B可知，光学系统100的最大视场的畸变小于65％，有效观察视场内的畸变小于55％，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良。

图5C为第二实施例中光学系统100的垂轴色差曲线图，由图5C可知，波长656.3nm与波长486.1nm数值的最大差值小于2um，光学系统100的垂轴色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。

第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面为凹面；

第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第三透镜L3的物侧面为平面，像侧面为凸面；

第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凹面。

另外，光学系统100的各项参数由表2给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。

表2

第三实施例

请参见图6、图7A、图7B和图7C，图6为第三实施例中的光学系统100的结构示意图，光学系统100由物侧至像侧依次包括第一保护玻璃CG1、具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑S、具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、具有负光焦度的第五透镜L5以及第二保护玻璃CG2。其中，第一保护玻璃CG1与第一透镜L1相胶合。

图7A为第三实施例中光学系统100的场曲像散曲线图，由图7A可知，光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，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，有利于光学系统100获得大景深效果。

图7B为第三实施例中光学系统100的畸变曲线图，由图7B可知，光学系统100的最大视场的畸变小于65％，有效观察视场内的畸变小于55％，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良。

图7C为第三实施例中光学系统100的垂轴色差曲线图，由图7C可知，波长656.3nm与波长486.1nm数值的最大差值小于2um，光学系统100的垂轴色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为球面。

第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面为凹面；

第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第三透镜L3的物侧面为平面，像侧面为凸面；

第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凹面。

另外，光学系统100的各项参数由表3给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。

表3

另外，表4表示第一实施例至第三实施例满足的条件式的数值。

表4

条件式	第一实施例	第二实施例	第三实施例
				2ω(°)	140	143.8	143.8
f1/f	-1.431	-1.027	-1.045
				f1/f4	-0.961	-0.579	-0.631
d1/f	0.382	0.588	0.570
				IH/TTL	0.175	0.174	0.184
(1/FNO)*(f1/f5)	0.202	0.170	0.173

请参见图8，在一些实施例中，光学系统100可与感光元件210组装形成取像模组200。此时，感光元件210的感光面可视为光学系统100的像面IMA。具体地，感光元件210可以为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)。在取像模组200中采用上述光学系统100，能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，同时也能够具备大景深，从而有利于取像模组200在内窥镜中的应用。

在一些实施例中，取像模组200可应用于内窥镜中，例如应用于内窥镜的物镜中。内窥镜包括壳体，取像模组200设置于壳体，壳体可以为内窥镜物镜的镜筒。内窥镜可以应用于医疗领域，例如应用于对病患进行医疗诊断。在内窥镜中采用上述取像模组200，取像模组200能够兼顾小型化设计和高成像质量的实现，同时也能够具备大景深，从而使得内窥镜应用于医疗领域时，能够最大程度降低对病患的损伤，也能够形成高清晰度的病变图像，提升诊断的准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学系统，其特征在于，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组和具有正光焦度的第二透镜组，所述第一透镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜；

且所述光学系统满足以下条件式：

0.15≤IH/TTL≤0.2；

其中，IH为所述光学系统的最大视场角所对应的像高的一半，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述光学系统的成像面于光轴上的距离。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

0.16≤IH/TTL≤0.19。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

2ω≥130°；

其中，2ω为所述光学系统的最大视场角。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

-1.6≤f1/f≤-0.9；

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。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

-1.1≤f1/f4≤-0.45；

其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

0.2≤d1/f≤0.75；

其中，d1为所述第一透镜于光轴上的厚度，f为所述光学系统的有效焦距。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件式：

0.1≤(1/FNO)*(f1/f5)≤0.28；

其中，FNO为所述光学系统的光圈数，f1为所述第一透镜的有效焦距，f5为所述第五透镜的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间。

9.一种取像模组，其特征在于，包括感光元件以及权利要求1-8任一项所述的光学系统，所述感光元件设置于所述光学系统的像侧。

10.一种内窥镜，其特征在于，包括壳体以及权利要求9所述的取像模组，所述取像模组设置于所述壳体。

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