CN211554450U - 光学系统、摄像模组及电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光学系统、摄像模组及电子装置。光学系统由物侧至像侧依次包括：具有正屈折力的第一透镜；具有负屈折力的第二透镜；具有屈折力的第三透镜；具有正屈折力的第四透镜；具有负屈折力的第五透镜，第五透镜的物侧面和像侧面皆为非球面，第五透镜的物侧面和像侧面中的至少一个面存在反曲点；光学系统包括设置于第一透镜像侧的光阑；光学系统满足：1.0＜SD11/tan(HFOV)+SAG11＜1.5；SD11为第一透镜的物侧面的最大有效半径，HFOV为光学系统的最大视场角的一半，SAG11为第一透镜的物侧面的矢高。满足上述关系可使光学系统的头部实现小型化设计。

Description

光学系统、摄像模组及电子装置

技术领域

本实用新型涉及光学成像领域，特别是涉及一种光学系统、摄像模组及电子装置。

背景技术

近年来，全面屏手机已在市场上逐渐流行，而如何做到更高的屏占比，把镜头头部缩小是关键。虽然传统的搭载于可携式电子产品上的摄像镜头可以满足小型化要求，例如将轴向尺寸做小，但实际的镜头头部依然较大，导致屏幕的开孔较大，难以实现全面屏设计。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何实现镜头小头部设计的问题，提供一种光学系统、摄像模组及电子装置。

一种光学系统，由物侧至像侧依次包括：

具有正屈折力的第一透镜；

具有负屈折力的第二透镜；

具有屈折力的第三透镜；

具有正屈折力的第四透镜；

具有负屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面皆为非球面，且所述第五透镜的物侧面和像侧面中的至少一个面存在反曲点；

所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜的像侧；

所述光学系统满足以下关系：

1.0＜SD11/tan(HFOV)+SAG11＜1.5；

其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效半径，HFOV为所述光学系统的最大视场角的一半，SAG11为所述第一透镜的物侧面的矢高，即所述第一透镜的物侧面与光轴的交点至该物侧面最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)，SD11和SAG11的单位均为mm。

满足上述透镜屈折力、面型及关系式条件时，所述第一透镜提供的正屈折力和所述第二透镜提供的负屈折力可促使系统球差的平衡，且所述第四透镜的正屈折力设置能进一步加强系统的聚焦能力，另外，满足上述关系时还可使所述光学系统的头部实现小型化设计，同时也能够使所述光学系统获得更大的视野范围，从而提高成像品质。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

2.2≤FNO≤2.5；

其中，FNO为所述光学系统的光圈数。满足上述关系时，不仅有利于所述光学系统的头部实现小型化设计，同时也可以提高系统单位时间内的光通量，增强暗环境下的成像效果。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

0.7＜CT1/CT4＜2.0；

其中，CT1为所述第一透镜于光轴处的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴处的厚度。满足上述关系时，所述第一透镜和所述第四透镜的厚度将得到合理配置，从而能够合理分配系统中正透镜的屈折力，以此有效矫正系统球差，同时还使得所述第一透镜和所述第四透镜的厚度相对均匀，满足加工工艺要求。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

1.5＜(CT2+CT3)/(T12+T23)＜2.0；

其中，CT2为所述第二透镜于光轴处的厚度，CT3为所述第三透镜于光轴处的厚度，T12为所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离，T23为所述第二透镜与所述第三透镜于光轴上的间隔距离。满足上述关系时，可使所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜在组装时有足够的空间，从而有效避免所述第一透镜与所述第二透镜或所述第二透镜与所述第三透镜之间产生碰撞。此外，满足上述关系时还能使所述第二透镜和所述第三透镜于光轴处的厚度减小，从而有利于所述光学系统的小型化设计，同时，也可防止两者于光轴处的厚度过小，避免组装不便及系统敏感度增加的问题。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

SD11/ImgH＜0.3；

其中，ImgH为所述光学系统的成像面上有效像素区域对角线长度的一半。所述第一透镜的物侧面的光学口径越小，越有利于所述光学系统的头部小型化，当满足上述关系时，所述第一透镜的物侧面的光学口径能够与系统成像面处有效像素区域的大小形成合理配置关系，从而在所述光学系统匹配高像素大尺寸的感光元件时，依然能够兼顾超小头部设计。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

-2.2＜f5/R52＜-1.2；

其中，f5为所述第五透镜的有效焦距，R52为所述第五透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。满足上述关系时，可有效减小边缘视场光线进入系统成像面的偏折角，从而增加所述光学系统与感光元件的匹配度，同时改善轴外视场的像散。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

1.0＜f12/f4＜2.5；

其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距。满足上述关系时，可进一步加强所述光学系统对光线的聚焦能力，同时还有利于矫正系统的场曲，实现良好的成像品质；另外，也有利于缩短系统总长，从而使所述光学系统获得较大的视场角。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

0＜(nd2-nd3)＜0.2；

其中，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率。满足上述关系时，可有效修正所述光学系统的色差，提高成像清晰度，从而提升成像品质。

在其中一个实施例中，所述光学系统满足以下关系：

1＜CT4/|SAG41|＜15；

其中，CT4为所述第四透镜于光轴处的厚度，SAG41为所述第四透镜的物侧面的矢高，即所述第四透镜的物侧面与光轴的交点至该物侧面最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)。满足上述关系时，所述第四透镜的形状利于制造及成型，可减少成型不良的缺陷；同时，还可有效修正前透镜组(所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜)所产生的场曲，保证系统场曲的平衡，提高所述光学系统的成像质量。

一种摄像模组，包括感光元件及上述任意一项实施例所述的光学系统，所述感光元件设置于所述第五透镜的像侧。通过采用以上所述的光学系统，所述摄像模组的头部同样能够实现小型化设计，且能够获得更大的视野范围，提高成像品质。

一种电子装置，包括壳体及上述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述壳体。通过采用上述具有小头部特性的摄像模组，不仅可以提高所述电子装置摄像质量，而且还利于模组的屏下封装，同时所述电子装置的屏幕模组上与所述摄像模组对应的入光孔的尺寸可做小，从而可提高所述电子装置的屏占比。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的光学系统的示意图；

图2为第一实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图3为本申请第二实施例提供的光学系统的示意图；

图4为第二实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图5为本申请第三实施例提供的光学系统的示意图；

图6为第三实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图7为本申请第四实施例提供的光学系统的示意图；

图8为第四实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图9为本申请第五实施例提供的光学系统的示意图；

图10为第五实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图11为本申请第六实施例提供的光学系统的示意图；

图12为第六实施例中光学系统的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)；

图13为本申请一实施例提供的摄像模组的示意图；

图14为本申请一实施例提供的电子装置的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个原件，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”另一个原件，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。相反，当元件被称作“直接在”另一原件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

近年来，全面屏手机已在市场上逐渐流行，而如何做到更高的屏占比，把镜头头部缩小是关键。虽然传统的搭载于可携式电子产品上的摄像镜头可以满足小型化要求，例如将轴向尺寸做小，但实际的镜头头部依然较大，导致屏幕的开孔较大，难以实现全面屏设计。为此，本申请的一些实施例提供一种具有小头部特性的光学系统以解决上述问题。

参考图1，在本申请的一些实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括第一透镜L1、光阑(图中并未示出)、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5。其中，第一透镜L1具有正屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第四透镜L4具有正屈折力，第五透镜L5具有负屈折力。第一透镜L1至第五透镜L5分别只含有一个透镜，且光学系统10中各透镜与光阑同轴设置，即各透镜的光轴与光阑的中心均位于同一直线上，该直线可称为光学系统10的光轴。

在上述实施例中，光阑设置于第一透镜L1的像侧面S2上，此时的光阑可称为中置光阑，且光阑的孔径与第一透镜L1的像侧面S2的最大有效半径相等，此时也可将第一透镜L1的像侧面S2视为光阑。但需注意的是，在另一些实施例中，光阑可设置于第一透镜L1像侧的任意合理位置上，例如设置于第一透镜L1至第五透镜L5中任意相邻的两个透镜之间。

第一透镜L1包括物侧面S1和像侧面S2，第二透镜L2包括物侧面S3和像侧面S4，第三透镜L3包括物侧面S5和像侧面S6，第四透镜L4包括物侧面S7和像侧面S8，第五透镜L5包括物侧面S9及像侧面S10。另外，光学系统10还有一成像面S13，成像面S13位于第五透镜L5的像侧，入射光线在经过光学系统10的各透镜调节后能够成像于成像面S13上，为方便理解，成像面S13可视为感光元件的感光表面。光学系统10同时还具备一物面，位于该物面上的被摄物体能够于光学系统10的成像面S13上形成清晰的成像。

在上述实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面及像侧面均为非球面，且物侧面S9和像侧面S10中的至少一个面存在反曲点，即物侧面S9和像侧面S10可以均存在反曲点或仅其中一个面存在反曲点。

非球面的面型设置能够有效帮助光学系统10消除像差，解决视界歪曲的问题，同时还有利于光学系统10的小型化设计，使光学系统10能够在保持小型化设计的前提下同时具备优良的光学效果。当然，在另一些实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5中任意一个的物侧面可以是球面，也可以是非球面；第一透镜L1至第五透镜L5中任意一个的像侧面可以是球面，也可以是非球面，通过球面与非球面的配合也可有效消除像差问题，使光学系统10具有优良的成像效果，同时提高镜片设计及组装的灵活性。特别地，当第五透镜L5为非球面透镜时将有利于对前方各透镜所产生的像差进行最终校正，从而有利于改善成像品质。

非球面的面型计算可参考非球面公式：

其中，Z是非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，r是非球面上相应点到光轴的距离，c是非球面顶点的曲率，k是圆锥系数，Ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。

另一方面，在一些实施例中，当某个透镜的物侧面或像侧面为非球面时，该面可以是整体凸面或整体呈现凹面的结构；或者该面也可设计成存在反曲点的结构，此时该面由中心至边缘的面型将发生改变，例如该面于中心处呈凸面而于边缘处呈凹面。需要注意的是，当本申请的实施例在描述透镜的一个侧面于光轴处(该侧面的中心区域)为凸面时，可理解为该透镜的该侧面于光轴附近的区域为凸面，因此也可认为该侧面于近轴处为凸面；当描述透镜的一个侧面于圆周处为凹面时，可理解为该侧面在靠近最大有效半孔径处的区域为凹面。举例而言，当该侧面于光轴处为凸面，且于圆周处也为凸面时，该侧面由中心(光轴)至边缘方向的形状可以为纯粹的凸面；或者是先由中心的凸面形状过渡到凹面形状，随后在靠近最大有效半孔径处时变为凸面。此处仅为说明光轴处与圆周处的关系而做出的示例，侧面的多种形状结构(凹凸关系)并未完全体现，但其他情况可根据以上示例推导得出，也应视为是本申请所记载的内容。

另一方面，在上述实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5的材质均为塑料。在另一些实施例中，第一透镜L1的材质为玻璃，而第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5的材质均为塑料，此时，由于光学系统10中位于物方的透镜的材质为玻璃，因此这些位于物方的玻璃透镜对极端环境具有很好耐受效果，不易受物方环境的影响而出现老化等情况，从而当光学系统10处于暴晒高温等极端环境下时，这种结构能够有效避免光学系统10出现成像质量下降及使用寿命减少的情况。塑料材质的透镜能够减少光学系统10的重量并降低生成成本，而玻璃材质的透镜能够耐受较高的温度且具有优良的光学性能。当然，光学系统10中各透镜的材质配置并不限于上述实施例，任一透镜的材质可以为塑料也可以为玻璃。

在上述实施例中，光学系统10包括红外滤光片L6，红外滤光片L6设置于第五透镜L5的像侧。红外滤光片L6包括物侧面S11和像侧面S12。其中红外滤光片L6可以为红外截止滤光片，此时红外滤光片L6用于滤除红外光，防止红外光到达成像面S13，从而防止红外光干扰正常成像。红外滤光片L6可与各透镜一同装配以作为光学系统10中的一部分。在另一些实施例中，红外滤光片L6并不属于光学系统10的元件，此时红外滤光片L6可以在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时，一并安装至光学系统10与感光元件之间。在一些实施例中，红外滤光片L6也可设置在第一透镜L1的物侧。另外，在一些实施例中也可不设置红外滤光片L6，而是通过在第一透镜L1至第五透镜L5中的任一透镜上设置滤光镀层以实现滤除红外光的作用。相应地，一些实施例中的红外滤光片L6也可以为红外带通滤光片，此时红外滤光片L6可用于通过红外光而滤除可见光，设置有红外带通滤光片的摄像模组可作为识别模组并与对应的红外发射模组(如TOF飞行时间或3D结构光)一同应用于电子装置上，这类摄像模组具体可用于识别面部轮廓、瞳孔、指纹、掌纹等。

在另一些实施例中，第一透镜L1也可以包含两个或多个透镜，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物侧面为第一透镜L1的像侧面S2。相应地，一些实施例中的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5并不限于只包含一个透镜的情况。

在一些实施例中，光学系统10除了包括具有屈折力的透镜及光阑外，还可包括红外滤光片、保护玻璃、感光元件、用于改变入射光路的反射镜等元件。

在上述实施例中，光学系统10还满足以下各关系：

1.0＜SD11/tan(HFOV)+SAG11＜1.5；

其中，SD11为第一透镜L1的物侧面S1的最大有效半径，HFOV为光学系统10的最大视场角的一半，SAG11为第一透镜L1的物侧面S1的矢高，即物侧面S1与光轴的交点至该物侧面S1最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)，SD11及SAG11的单位均为mm。具体地，SD11/tan(HFOV)+SAG11可以为1.050mm、1.070mm、1.100mm、1.150mm、1.200mm、1.250mm、1.300mm、1.320mm、1.330mm或1.350mm。满足上述透镜屈折力、面型及关系式条件时，第一透镜L1提供的正屈折力和第二透镜L2提供的负屈折力可促使系统球差的平衡，且第四透镜L4的正屈折力设置能进一步加强系统的聚焦能力，另外，满足上述关系时还可使光学系统10的头部实现小型化设计，同时也能够使光学系统10获得更大的视野范围，从而提高成像品质。

2.2≤FNO≤2.5；

其中，FNO为光学系统10的光圈数。具体地，FNO可以为2.27、2.30、2.35、2.40、2.43、2.46或2.48。满足上述关系时，不仅有利于光学系统10的头部实现小型化设计，同时也可以提高系统单位时间内的光通量，增强暗环境下的成像效果。

0.7＜CT1/CT4＜2.0；

其中，CT1为第一透镜L1于光轴处的厚度，CT4为第四透镜L4于光轴处的厚度，在本申请的实施例中，透镜于光轴处的厚度为该透镜于自身光轴上的厚度。具体地，CT1/CT4可以为0.900、0.950、1.000、1.050、1.100、1.300、1.500、1.700、1.750、1.800、1.850或1.900。满足上述关系时，第一透镜L1和第四透镜L4的厚度将得到合理配置，从而能够合理分配系统中正透镜的屈折力，以此有效矫正系统球差，同时还使得第一透镜L1和第四透镜L4的厚度相对均匀，满足加工工艺要求。

1.5＜(CT2+CT3)/(T12+T23)＜2.0；

其中，CT2为第二透镜L2于光轴处的厚度，CT3为第三透镜L3于光轴处的厚度，T12为第一透镜L1与第二透镜L2于光轴上的间隔距离，T23为第二透镜L2与第三透镜L3于光轴上的间隔距离。具体地，(CT2+CT3)/(T12+T23)可以为1.550、1.600、1.650、1.700、1.850、1.900、1.930、1.950或1.960。满足上述关系时，可使第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3在组装时有足够的空间，从而有效避免第一透镜L1与第二透镜L2或第二透镜L2与第三透镜L3之间产生碰撞。此外，满足上述关系时还能使第二透镜L2和第三透镜L3于光轴处的厚度减小，从而有利于光学系统10的小型化设计，同时，也可防止两者于光轴处的厚度过小，避免组装不便及系统敏感度增加的问题。

SD11/ImgH＜0.3；

其中，ImgH为光学系统10的成像面S13上有效像素区域对角线长度的一半。SD11/ImgH可以为0.230、0.235、0.240、0.250、0.260、0.270或0.280。第一透镜L1的物侧面S1的光学口径越小，越有利于光学系统10的头部小型化，当满足上述关系时，第一透镜L1的物侧面S1的光学口径能够与系统成像面S13处有效像素区域的大小形成合理配置关系，从而在光学系统10匹配高像素大尺寸的感光元件时，依然能够兼顾超小头部设计。

-2.2＜f5/R52＜-1.2；

其中，f5为第五透镜L5的有效焦距，R52为第五透镜L5的像侧面S10于光轴处的曲率半径。具体地，f5/R52可以为-1.470、-1.500、-1.550、-1.700、-1.800、-1.850、-1.900或-1.920。满足上述关系时，可有效减小边缘视场光线进入系统成像面S13的偏折角，从而增加光学系统10与感光元件的匹配度，同时改善轴外视场的像散。

1.0＜f12/f4＜2.5；

其中，f12为第一透镜L1和第二透镜L2的组合焦距，f4为第四透镜L4的有效焦距。具体地，f12/f4可以为1.300、1.320、1.350、1.400、1.600、1.800、1.900、2.000、2.100、2.150、2.200或2.250。满足上述关系时，可进一步加强光学系统10对光线的聚焦能力，同时还有利于矫正系统的场曲，实现良好的成像品质；另外，也有利于缩短系统总长，从而使光学系统10获得较大的视场角。

0＜(nd2-nd3)＜0.2；

其中，nd2为第二透镜L2的折射率，nd3为第三透镜L3的折射率。具体地，(nd2-nd3)可以为0.03、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.125或0.130。满足上述关系时，可有效修正光学系统10的色差，提高成像清晰度，从而提升成像品质。

1＜CT4/|SAG41|＜15；

其中，CT4为第四透镜L4于光轴处的厚度，SAG41为第四透镜L4的物侧面S7的矢高，即物侧面S7与光轴的交点至该物侧面S7最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)。具体地，CT4/|SAG41|可以为1.100、1.300、1.500、2.000、2.500、8.000、9.000、9.500、13.000、13.500或13.800。满足上述关系时，第四透镜L4的形状利于制造及成型，可减少成型不良的缺陷；同时，还可有效修正前透镜组(第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3)所产生的场曲，保证系统场曲的平衡，提高光学系统10的成像质量。

接下来以更为具体详细的实施例来对本申请的光学系统10进行说明：

第一实施例

参考图1和图2，在第一实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、设置于像侧面S2上的光阑、具有负屈折力的第二透镜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以及具有负屈折力的第五透镜L5。图2包括第一实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凸面，像侧面S4于光轴处为凹面；物侧面S3于圆周处为凸面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凹面，像侧面S6于光轴处为凸面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凹面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凹面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凹面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凸面，像侧面S10于圆周处为凸面。

当第一透镜L1具有正屈折力时将有利于缩短光学系统10的总长，进一步实现超薄化设计。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。通过配合光学系统10中各透镜的非球面面型，从而能够有效解决光学系统10视界歪曲的问题，也能够使透镜在较小、较薄的情况下实现优良的光学效果，进而使光学系统10具有更小的体积，有利于光学系统10实现小型化设计。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5的材质均为塑料。塑料透镜的采用能够降低光学系统10的制造成本，同时降低光学系统10的重量。

第五透镜L5的像侧还设置有用于滤除红外光的红外滤光片L6。在一些实施例中，红外滤光片L6为光学系统10的一部分，例如红外滤光片L6与各透镜一同组装至镜筒上。在另一些实施例中，红外滤光片L6也可在光学系统10与感光元件装配成摄像模组时一并安装至光学系统10与感光元件之间。

在第一实施例中，光学系统10满足以下各关系：

SD11/tan(HFOV)+SAG11＝1.357mm；其中，SD11为第一透镜L1的物侧面S1的最大有效半径，HFOV为光学系统10的最大视场角的一半，SAG11为第一透镜L1的物侧面S1与光轴的交点至该物侧面S1最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)，即SAG11为物侧面S1的矢高，SD11及SAG11的单位均为mm。满足上述透镜屈折力、面型及关系式条件时，第一透镜L1提供的正屈折力和第二透镜L2提供的负屈折力可促使系统球差的平衡，且第四透镜L4的正屈折力设置能进一步加强系统的聚焦能力，另外，满足上述关系时还可使光学系统10的头部实现小型化设计，同时也能够使光学系统10获得更大的视野范围，从而提高成像品质。

FNO＝2.25；其中，FNO为光学系统10的光圈数。满足上述关系时，不仅有利于光学系统10的头部实现小型化设计，同时也可以提高系统单位时间内的光通量，增强暗环境下的成像效果。

CT1/CT4＝1.397；其中，CT1为第一透镜L1于光轴处的厚度，CT4为第四透镜L4于光轴处的厚度。满足上述关系时，第一透镜L1和第四透镜L4的厚度将得到合理配置，从而能够合理分配系统中正透镜的屈折力，以此有效矫正系统球差，同时还使得第一透镜L1和第四透镜L4的厚度相对均匀，满足加工工艺要求。

(CT2+CT3)/(T12+T23)＝1.955；其中，CT2为第二透镜L2于光轴处的厚度，CT3为第三透镜L3于光轴处的厚度，T12为第一透镜L1与第二透镜L2于光轴上的间隔距离，T23为第二透镜L2与第三透镜L3于光轴上的间隔距离。满足上述关系时，可使第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3在组装时有足够的空间，从而有效避免第一透镜L1与第二透镜L2或第二透镜L2与第三透镜L3之间产生碰撞。此外，满足上述关系时还能使第二透镜L2和第三透镜L3于光轴处的厚度减小，从而有利于光学系统10的小型化设计，同时，也可防止两者于光轴处的厚度过小，避免组装不便及系统敏感度增加的问题。

SD11/ImgH＜0.262；其中，ImgH为光学系统10的成像面S13上有效像素区域对角线长度的一半。第一透镜L1的物侧面S1的光学口径越小，越有利于光学系统10的头部小型化，当满足上述关系时，第一透镜L1的物侧面S1的光学口径能够与系统成像面S13处有效像素区域的大小形成合理配置关系，从而在光学系统10匹配高像素大尺寸的感光元件时，依然能够兼顾超小头部设计。

f5/R52＝-1.455；其中，f5为第五透镜L5的有效焦距，R52为第五透镜L5的像侧面S10于光轴处的曲率半径。满足上述关系时，可有效减小边缘视场光线进入系统成像面S13的偏折角，从而增加光学系统10与感光元件的匹配度，同时改善轴外视场的像散。

f12/f4＝1.253；其中，f12为第一透镜L1和第二透镜L2的组合焦距，f4为第四透镜L4的有效焦距。满足上述关系时，可进一步加强光学系统10对光线的聚焦能力，同时还有利于矫正系统的场曲，实现良好的成像品质；另外，也有利于缩短系统总长，从而使光学系统10获得较大的视场角。

(nd2-nd3)＝0.132；其中，nd2为第二透镜L2的折射率，nd3为第三透镜L3的折射率。满足上述关系时，可有效修正光学系统10的色差，提高成像清晰度，从而提升成像品质。

CT4/|SAG41|＝1.036；其中，CT4为第四透镜L4于光轴处的厚度，SAG41为第四透镜L4的物侧面S7与光轴的交点至该物侧面S7最大有效半径处于光轴上的水平位移量(水平位移量朝向像侧方向定义为正，朝向物侧面则定义为负)，即SAG41为物侧面S7的矢高。满足上述关系时，第四透镜L4的形状利于制造及成型，可减少成型不良的缺陷；同时，还可有效修正前透镜组(第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3)所产生的场曲，保证系统场曲的平衡，提高光学系统10的成像质量。

另外，光学系统10的各透镜参数由表1和表2给出，表2中的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。由物面至像面(成像面S13)的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列，其中，位于物面的被摄物能够于光学系统10的成像面S13上形成清晰的成像。面序号1和2分别表示第一透镜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。表1中的Y半径为相应面序号的物侧面或像侧面于近轴处(或理解为于光轴上)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透镜的物侧面于光轴上的距离。本申请实施例中的各透镜的光轴处于同一直线上，该直线作为光学系统10的光轴。面序号10中的“厚度”参数值为第五透镜L5的像侧面S10至红外滤光片L6的物侧面S11于光轴上的距离。红外滤光片L6于面序号12所对应的“厚度”参数数值为红外滤光片L6的像侧面S12至光学系统10的像面(成像面S13)于光轴上的距离。另外，在本实施例及以下第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例及第六实施例中，光阑均设置于第一透镜L1的像侧面S2上，此时的光阑可理解为分别与第一透镜L1的像侧面S2和第二透镜L2的物侧面S3相抵的间隔环，或者理解为仅仅用于夹持第一透镜L1的夹持件。光阑并未在相应实施例的图中示出。

在第一实施例中，光学系统10的有效焦距f＝3.80mm，光圈数FNO＝2.25，最大视场角的一半(即对角线视角的一半)HFOV＝40.8°，光学总长TTL＝4.4mm，光学总长TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面S13于光轴上的距离。

另外，在以下各实施例(第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例及第六实施例)中，各透镜的折射率、阿贝数和焦距均为555nm波长下的数值。另外，各实施例的关系式计算和透镜结构以透镜参数(如表1、表2、表3、表4等)为准。

表1

表2

第二实施例

参考图3和图4，在第二实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、光阑、具有负屈折力的第二透镜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以及具有负屈折力的第五透镜L5。图4包括第二实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

其中，像散图和畸变图的纵坐标可理解为光学系统10的成像面S13上有效像素区域的对角线长度的一半，纵坐标的单位为mm。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凸面，像侧面S4于光轴处为凹面；物侧面S3于圆周处为凸面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凹面，像侧面S6于光轴处为凸面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凹面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凹面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凹面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凸面，像侧面S10于圆周处为凸面。

另外，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，其中各结构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

表4

该实施例的光学系统10满足以下关系：

第三实施例

参考图5和图6，在第三实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、光阑、具有负屈折力的第二透镜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以及具有负屈折力的第五透镜L5。图6包括第三实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

其中，像散图和畸变图的纵坐标可理解为光学系统10的成像面S13上有效像素区域的对角线长度的一半，纵坐标的单位为mm。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凸面，像侧面S4于光轴处为凹面；物侧面S3于圆周处为凸面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凹面，像侧面S6于光轴处为凸面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凹面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凹面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凸面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凸面，像侧面S10于圆周处为凸面。

另外，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，其中各结构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

表6

该实施例的光学系统10满足以下关系：

第四实施例

参考图7和图8，在第四实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、光阑、具有负屈折力的第二透镜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以及具有负屈折力的第五透镜L5。图8包括第四实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

其中，像散图和畸变图的纵坐标可理解为光学系统10的成像面S13上有效像素区域的对角线长度的一半，纵坐标的单位为mm。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凹面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凸面，像侧面S4于光轴处为凹面；物侧面S3于圆周处为凹面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凹面，像侧面S6于光轴处为凸面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凹面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凸面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凹面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凹面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凸面，像侧面S10于圆周处为凸面。

另外，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，其中各结构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

表8

该实施例的光学系统10满足以下关系：

第五实施例

参考图9和图10，在第五实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、光阑、具有负屈折力的第二透镜L2、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有负屈折力的第五透镜L5。图10包括第五实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

其中，像散图和畸变图的纵坐标可理解为光学系统10的成像面S13上有效像素区域的对角线长度的一半，纵坐标的单位为mm。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凸面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，像侧面S4于光轴处为凸面；物侧面S3于圆周处为凹面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凹面，像侧面S6于光轴处为凹面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凸面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凸面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凸面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凹面，像侧面S10于圆周处为凸面。

另外，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，其中各结构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

表10

该实施例的光学系统10满足以下关系：

第六实施例

参考图11和图12，在第六实施例中，光学系统10由物侧至像侧依次包括具有正屈折力的第一透镜L1、光阑、具有负屈折力的第二透镜L2、具有负屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4以及具有负屈折力的第五透镜L5。图12包括第六实施例中光学系统10的纵向球差图(mm)、像散图(mm)和畸变图(％)，其中的像散图和畸变图为555nm波长下的曲线图。

其中，像散图和畸变图的纵坐标可理解为光学系统10的成像面S13上有效像素区域的对角线长度的一半，纵坐标的单位为mm。

第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，像侧面S2于光轴处为凹面；物侧面S1于圆周处为凸面，像侧面S2于圆周处为凸面。

第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凸面，像侧面S4于光轴处为凹面；物侧面S3于圆周处为凹面，像侧面S4于圆周处为凹面。

第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，像侧面S6于光轴处为凹面；物侧面S5于圆周处为凹面，像侧面S6于圆周处为凸面。

第四透镜L4的物侧面S7于光轴处为凸面，像侧面S8于光轴处为凸面；物侧面S7于圆周处为凹面，像侧面S8于圆周处为凸面。

第五透镜L5的物侧面S9于光轴处为凹面，像侧面S10于光轴处为凹面；物侧面S9于圆周处为凸面，像侧面S10于圆周处为凸面。

另外，第六实施例中光学系统10的各透镜参数由表11和表12给出，其中各结构和参数的定义可由第一实施例中得出，此处不加以赘述。

表11

表12

该实施例的光学系统10满足以下关系：

在上述实施例中，光学系统10具有头部小的特点，不仅具有高成像品质，而且还利于模组的屏下封装，减小装置上的屏幕开孔尺寸，从而实现高屏占比设计。

参考图13，在本申请提供的一个实施例中，光学系统10与感光元件210组装以形成摄像模组20，感光元件210设置于第五透镜L5的像侧，即设置于光学系统10的像侧。该实施例中的第五透镜L5与感光元件210之间还设置有红外滤光片L6。感光元件210可以为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)。通过采用上述光学系统10，摄像模组20不仅具有大视野范围，还能够实现小头部设计，利于屏下封装，减小屏幕的开孔尺寸，从而能够实现高屏占比设计。

在一些实施例中，感光元件210与光学系统10中的各透镜的距离相对固定，此时，摄像模组20为定焦模组。在另一些实施例中，可通过设置音圈马达等驱动机构以使感光元件210能够相对光学系统10中的各透镜相对移动，从而实现对焦效果。具体地，在装配上述各透镜的镜筒上设置有与驱动芯片电性连接的线圈，同时摄像模组20还设置有磁石，通过通电后的线圈与磁石之间的磁力作用以驱动镜筒相对感光元件210运动，从而实现对焦效果。在另一些实施例中，也可通过设置类似的驱动机构以驱动光学系统10中的部分透镜移动，从而实现光学变焦效果。

参考图14，本申请的一些实施例还提供了一种电子装置30，摄像模组20应用于电子装置30以使电子装置30具备摄像功能。具体地，电子装置30包括壳体310，摄像模组20安装于壳体310，壳体310可以是电路板、中框等部件。电子装置30可以是但不限于智能手机、智能手表、电子书阅读器、车载摄像设备、监控设备、医疗设备(如内窥镜)、平板电脑、生物识别设备(如指纹识别设备或瞳孔识别设备等)、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、无人机等。具体地，在一些实施例中，电子装置30为智能手机，智能手机包括中框和电路板，电路板设置于中框，摄像模组20安装于智能手机的中框，且其中的感光元件210与电路板电性连接。摄像模组20可作为智能手机的前置摄像模组或者后置摄像模组。通过采用具有小头部特性的摄像模组20，不仅可以提高电子装置30摄像质量，而且还利于模组的屏下封装，同时电子装置30的屏幕模组上与摄像模组20对应的入光孔的尺寸可做小，从而可提高电子装置的屏占比，实现全面屏设计。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光学系统，其特征在于，由物侧至像侧依次包括：

具有正屈折力的第一透镜；

具有负屈折力的第二透镜；

具有屈折力的第三透镜；

具有正屈折力的第四透镜；

具有负屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面皆为非球面，且所述第五透镜的物侧面和像侧面中的至少一个面存在反曲点；

所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜的像侧；

所述光学系统满足以下关系：

1.0＜SD11/tan(HFOV)+SAG11＜1.5；

其中，SD11为所述第一透镜的物侧面的最大有效半径，HFOV为所述光学系统的最大视场角的一半，SAG11为所述第一透镜的物侧面的矢高，SD11和SAG11的单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

2.2≤FNO≤2.5；

其中，FNO为所述光学系统的光圈数。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

0.7＜CT1/CT4＜2.0；

其中，CT1为所述第一透镜于光轴处的厚度，CT4为所述第四透镜于光轴处的厚度。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

1.5＜(CT2+CT3)/(T12+T23)＜2.0；

其中，CT2为所述第二透镜于光轴处的厚度，CT3为所述第三透镜于光轴处的厚度，T12为所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离，T23为所述第二透镜与所述第三透镜于光轴上的间隔距离。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

SD11/ImgH＜0.3；

其中，ImgH为所述光学系统的成像面上有效像素区域对角线长度的一半。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

-2.2＜f5/R52＜-1.2；

其中，f5为所述第五透镜的有效焦距，R52为所述第五透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

1.0＜f12/f4＜2.5；

其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

0＜(nd2-nd3)＜0.2；

其中，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下关系：

1＜CT4/|SAG41|＜15；

其中，CT4为所述第四透镜于光轴处的厚度，SAG41为所述第四透镜的物侧面的矢高。

10.一种摄像模组，其特征在于，包括感光元件及权利要求1至9任意一项所述的光学系统，所述感光元件设置于所述第五透镜的像侧。

11.一种电子装置，其特征在于，包括壳体及权利要求10所述的摄像模组，所述摄像模组设置于所述壳体。

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