CN112394492B - 光学系统、摄像头模组及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了光学系统、摄像头模组及终端设备。光学系统包括具有负屈折力的第一透镜；具有正屈折力的第二透镜，第二透镜的物侧面于近光轴处为凹面，第二透镜的像侧面于近光轴处为凸面；具有正屈折力的第三透镜，第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；具有负屈折力的第四透镜，第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面；具有正屈折力的第五透镜，第五透镜的像侧面于近光轴处为凸面；光学系统满足：1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3。本申请通过配置第一透镜至第五透镜的屈折力、面型及限定1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，使光学系统具有小型化、大视场角的特征且在近红外光区域具有良好成像质量。
Description
技术领域
本申请属于光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统、摄像头模组及终端设备。
背景技术
近年来，随着车辆驾驶安全问题逐渐为更多人关注和重视，带有监控能够拍摄驾驶员工作状态并在驾驶员的驾驶状态异常情况下发出警告的驾驶员监测系统应运而生。
在驾驶员监测系统中，由软件分析所拍摄的图像，尤其从驾驶员的眼皮及眼珠的移动来检测出驾驶员是否打盹或注意力不集中，而现有的光学系统的视角较窄，当驾驶员的乘坐位置发生偏离时等，眼皮或者瞳孔可能会脱离摄影视野。此外，光学系统需要满足无论在白天、夜间及隧道等较暗的环境下也可以使用，要求近红外光可适应的光学系统。该光学系统在车速表的仪表盘上或车速表内的安装空间有限，因此，光学系统需要具有小型化的特征。
因此，如何实现光学系统小型化、大视场角的特征及使得光学系统在近红外光区域具有良好成像质量应为业界的研发方向。
发明内容
本申请实施例提供一种光学系统、摄像头模组及终端设备，该光学系统具有小型化、大视场角的特征且光学系统在近红外光区域具有良好成像质量。
第一方面，本申请实施例提供了一种光学系统，光学系统包括多个透镜，所述多个透镜包括从物侧(物侧是指光线射入的一侧)至像侧(像侧是指光线射出的一侧)依次排布的具有负屈折力的第一透镜；具有正屈折力的第二透镜，所述第二透镜的物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；具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；具有负屈折力的第四透镜，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面；具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的像侧面于近光轴处为凸面；所述光学系统满足以下条件式：1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，D23为所述第二透镜的像侧面与所述第三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，D45为所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面于光轴的距离。
其中，屈折力即为光焦度，表示光学系统偏折光线的能力，正屈折力表示透镜对光束起汇聚作用，负屈折力表示透镜对光束起发散作用。当透镜不具有屈折力时，即光焦度为零的情况下，即为平面折射，这时，沿轴平行光束经折射后仍是沿轴平行光束，不出现屈折现象。
本申请通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力及第二透镜至第五透镜的面型及限定1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，使得光学系统具有小型化、大视场角的特征且光学系统在近红外光区域具有良好成像质量。
具体而言，通过限定(D23+CT3)/(CT4+D45)的范围，有利于校正光学系统的像差，提升成像解析度，同时保证光学系统结构紧凑，满足小型化的特征，(D23+CT3)/(CT4+D45)＞3或者(D23+CT3)/(CT4+D45)＜1则不利光学系统像差的校正，从而降低成像品质，而且过大的空气间隔与透镜厚度的设置会增加光学系统的总长，不利于系统小型化。
一种实施方式中，至少一个所述透镜的物侧面和像侧面为非球面，有利于校正光学系统的像差，提高光学系统的成像质量。
一种实施方式中，至少一个所述透镜的物侧面或像侧面设有反曲点。反曲点的设置，能够有效修正像差、控制畸变，有利于提升成像质量。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-7.6<f1/CT1<-4.3，f1为所述第一透镜的焦距，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。通过限定f1/CT1的值，避免第一透镜的焦距过大，防止光学系统产生较难校正的像散，从而提高光学系统的成像质量，同时，避免第一透镜的厚度过大或者过小，第一透镜的厚度过大或者过小都将不利于光学系统的轻量化，也不利于透镜成本的降低。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：3.5<f2/CT2<9.5，f2为所述第二透镜的焦距，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度。f2/CT2＞9.5时，第二透镜焦距过长，屈折力不足，则光束射入感光元件的角度较大，导致感光元件识别被摄物的信息不足而造成成像失真的现象，f2/CT2＜3.5时，在满足光学性能的前提下，第二透镜的厚度过大，塑胶透镜的热变形敏感，而造成光学系统热稳定性下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-18mm<f1*f2/f<-7.5mm，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学系统的焦距。通过设置具有负屈折力的第一透镜与具有正屈折力的第二透镜组成的透镜组，有利于校正像差，提升系统解像力；f1*f2/f＞-7.5mm或f1*f2/f＜-18mm，则不易于抑制因成像区域周边的光束造成的高阶像差，也不利于抑制色差，得到高分辨性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：4.2<CT3/Sagf3<12.3，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，Sagf3为所述第三透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第三透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离，需要说明的是，第三透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第三透镜与光轴的交点的邻近物侧面一侧，则Sagf3为负，第三透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第三透镜与光轴的交点的邻近像侧面一侧，则Sagf3为正。通过合理控制CT3/Sagf3的范围，避免第三透镜在满足较高屈折力的同时因其厚度过大或物侧面过于弯曲而增加透镜的加工难度，从而降低生产成本。CT3/Sagf3＜4.2时，第三透镜的物侧面过于弯曲，透镜加工难度增大，增加透镜的生产成本，同时，第三透镜的表面过于弯曲，易于产生边缘像差，不利于提升光学系统的像质；CT3/Sagf3＞12.3时，第三透镜的厚度过大，会增加光学系统的重量，不利于光学系统的轻量化和小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-24.5<f4/CT4<-3.5，f4为所述第四透镜的焦距，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。通过限定f4/CT4的范围，避免第四透镜的焦距过大，防止光学系统产生较难校正的像散，从而提高光学系统的成像质量，同时，避免第四透镜的厚度过大或者过小，第四透镜厚度越大，透镜重量越大，不利于光学系统的轻量化，第四透镜厚度太小，则透镜的加工工艺难度较大，不利于降低生产成本。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：8<SDs14/|Sagf4|<30，SDs14为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径，Sagf4为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离，需要说明的是，第四透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第四透镜与光轴的交点的邻近物侧面一侧，则Sagf4为负，第四透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第四透镜与光轴的交点的邻近像侧面一侧，则Sagf4为正。通过限定SDs14/Sagf4＞8，可以避免第四透镜的物侧面面型过于弯曲，减小第四透镜的加工难度，而且可以防止第四透镜的物侧面过于弯曲而产生镀膜不均匀的问题，同时第四透镜的物侧面过于弯曲也不利于大角度光线入射至光学系统，从而影响光学系统的成像质量，通过限定SDs14/Sagf4＜30，避免第四透镜物侧面过平，减小产生鬼影的风险。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：2<f5/CT5<37，f5为所述第五透镜的焦距，CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。合理限定f5/CT5的范围，使第五透镜具有足够的屈折力，有利于降低光束射出光学系统的出射角度，进而降低了光束射入感光元件的角度，提高了感光元件的感光性能。f5/CT5＞37时，第五透镜的焦距过长，屈折力不足，则光束射入感光元件的角度较大，导致感光元件识别被摄物的信息不足而造成成像失真的现象，f5/CT5＜2时，在满足光学性能的前提下，第五透镜的厚度过大，使得塑胶透镜的热变形敏感，而造成光学系统热稳定性下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-12<f45/f<-2，f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f为所述光学系统的焦距。第四透镜和第五透镜整体为系统提供负屈折力，有利于校正系统像差，通过采用具有负屈折力的第四透镜与具有正屈折力的第五透镜的设置，可以校正光线经第一透镜至第三透镜而产生的像差，提升系统解像力。通过限定f45/f的范围，有利于降低光线经过第四透镜和第五透镜后射出光学系统的角度，进而减小了光线射入感光元件的入射角度，提升了感光元件的感光性能，提高光学系统的成像质量。超过关系式范围，则不易于抑制因成像区域周边的光束造成的高阶像差，也不利于抑制色差，得到高分辨性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：2.5<TTL/f<4，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离，f为所述光学系统的焦距。通过限定TTL/f的范围，在满足光学系统视场角范围的同时，控制光学系统的光学总长，满足光学系统小型化的特征。TTL/f＞4，光学系统总长过长，不利于实现系统的小型化；TTL/f＜2.5，光学系统焦距过长，则不利于满足光学系统的视场角范围，无法获得足够的物空间信息。
第二方面，本申请提供一种摄像头模组，包括感光元件和前述任意一种实施方式所述的光学系统，所述感光元件位于所述光学系统的像侧。
第三方面，本申请提供一种终端设备，包括所述的摄像头模组。
通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力及第二透镜至第五透镜的面型及限定1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，使得光学系统具有小型化、大视场角的特征且光学系统在近红外光区域具有良好成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请第一实施例提供的光学系统的结构示意图；
图2是第一实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图3是本申请第二实施例提供的光学系统的结构示意图；
图4是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；
图5是本申请第三实施例提供的光学系统的结构示意图；
图6是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；
图7是本申请第四实施例提供的光学系统的结构示意图；
图8是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；
图9是本申请第五实施例提供的光学系统的结构示意图；
图10是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；
图11是本申请提供的光学系统应用在终端设备中的示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
本申请提供的一种光学系统包括五个透镜，五个透镜从物侧至像侧依序分布分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。
具体的，五片透镜的面型及屈折力如下：
具有负屈折力的第一透镜；具有正屈折力的第二透镜，所述第二透镜的物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；具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；具有负屈折力的第四透镜，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面；具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的像侧面于近光轴处为凸面。
所述光学系统满足以下条件式：1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，D23为所述第二透镜的像侧面与所述第三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，D45为所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面于光轴的距离。
通过合理配置光学系统中第一透镜至第五透镜的屈折力及第二透镜至第五透镜的面型及限定1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，使得光学系统具有小型化、大视场角的特征且光学系统在近红外光区域具有良好成像质量。
具体而言，通过限定(D23+CT3)/(CT4+D45)的范围，有利于校正光学系统的像差，提升成像解析度，同时保证光学系统结构紧凑，满足小型化的特征，(D23+CT3)/(CT4+D45)＞3或者(D23+CT3)/(CT4+D45)＜1则不利光学系统像差的校正，从而降低成像品质，而且过大的空气间隔与透镜厚度的设置会增加光学系统的总长，不利于系统小型化。
一种实施方式中，至少一个所述透镜的物侧面和像侧面为非球面，有利于校正光学系统的像差，提高光学系统的成像质量。
一种实施方式中，至少一个所述透镜的物侧面或像侧面设有反曲点。反曲点的设置，能够有效修正像差、控制畸变，有利于提升成像质量。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-7.6<f1/CT1<-4.3，f1为所述第一透镜的焦距，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。通过限定f1/CT1的值，避免第一透镜的焦距过大，防止光学系统产生较难校正的像散，从而提高光学系统的成像质量，同时，避免第一透镜的厚度过大或者过小，第一透镜的厚度过大或者过小都将不利于光学系统的轻量化，也不利于透镜成本的降低。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：3.5<f2/CT2<9.5，f2为所述第二透镜的焦距，CT2为所述第二透镜于光轴上的厚度。f2/CT2＞9.5时，第二透镜焦距过长，屈折力不足，则光束射入感光元件的角度较大，导致感光元件识别被摄物的信息不足而造成成像失真的现象，f2/CT2＜3.5时，在满足光学性能的前提下，第二透镜的厚度过大，塑胶透镜的热变形敏感，而造成光学系统热稳定性下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-18mm<f1*f2/f<-7.5mm，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学系统的焦距。通过设置具有负屈折力的第一透镜与具有正屈折力的第二透镜组成的透镜组，有利于校正像差，提升系统解像力；f1*f2/f＞-7.5mm或f1*f2/f＜-18mm，则不易于抑制因成像区域周边的光束造成的高阶像差，也不利于抑制色差，得到高分辨性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：4.2<CT3/Sagf3<12.3，CT3为所述第三透镜于光轴上的厚度，Sagf3为所述第三透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第三透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离，需要说明的是，第三透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第三透镜与光轴的交点的邻近物侧面一侧，则Sagf3为负，第三透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第三透镜与光轴的交点的邻近像侧面一侧，则Sagf3为正。通过合理控制CT3/Sagf3的范围，避免第三透镜在满足较高屈折力的同时因其厚度过大或物侧面过于弯曲而增加透镜的加工难度，从而降低生产成本。CT3/Sagf3＜4.2时，第三透镜的物侧面过于弯曲，透镜加工难度增大，增加透镜的生产成本，同时，第三透镜的表面过于弯曲，易于产生边缘像差，不利于提升光学系统的像质；CT3/Sagf3＞12.3时，第三透镜的厚度过大，会增加光学系统的重量，不利于光学系统的轻量化和小型化。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-24.5<f4/CT4<-3.5，f4为所述第四透镜的焦距，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。通过限定f4/CT4的范围，避免第四透镜的焦距过大，防止光学系统产生较难校正的像散，从而提高光学系统的成像质量，同时，避免第四透镜的厚度过大或者过小，第四透镜厚度越大，透镜重量越大，不利于光学系统的轻量化，第四透镜厚度太小，则透镜的加工工艺难度较大，不利于降低生产成本。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：8<SDs14/|Sagf4|<30，SDs14为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径，Sagf4为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离，需要说明的是，第四透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第四透镜与光轴的交点的邻近物侧面一侧，则Sagf4为负，第四透镜物侧面的最大有效通光孔径处在光轴上的垂直投影点在第四透镜与光轴的交点的邻近像侧面一侧，则Sagf4为正。通过限定SDs14/Sagf4＞8，可以避免第四透镜的物侧面面型过于弯曲，减小第四透镜的加工难度，而且可以防止第四透镜的物侧面过于弯曲而产生镀膜不均匀的问题，同时第四透镜的物侧面过于弯曲也不利于大角度光线入射至光学系统，从而影响光学系统的成像质量，通过限定SDs14/Sagf4＜30，避免第四透镜物侧面过平，减小产生鬼影的风险。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：2<f5/CT5<37，f5为所述第五透镜的焦距，CT5为所述第五透镜于光轴上的厚度。合理限定f5/CT5的范围，使第五透镜具有足够的屈折力，有利于降低光束射出光学系统的出射角度，进而降低了光束射入感光元件的角度，提高了感光元件的感光性能。f5/CT5＞37时，第五透镜的焦距过长，屈折力不足，则光束射入感光元件的角度较大，导致感光元件识别被摄物的信息不足而造成成像失真的现象，f5/CT5＜2时，在满足光学性能的前提下，第五透镜的厚度过大，使得塑胶透镜的热变形敏感，而造成光学系统热稳定性下降。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-12<f45/f<-2，f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f为所述光学系统的焦距。第四透镜和第五透镜整体为系统提供负屈折力，有利于校正系统像差，通过采用具有负屈折力的第四透镜与具有正屈折力的第五透镜的设置，可以校正光线经第一透镜至第三透镜而产生的像差，提升系统解像力。通过限定f45/f的范围，有利于降低光线经过第四透镜和第五透镜后射出光学系统的角度，进而减小了光线射入感光元件的入射角度，提升了感光元件的感光性能，提高光学系统的成像质量。超过关系式范围，则不易于抑制因成像区域周边的光束造成的高阶像差，也不利于抑制色差，得到高分辨性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：2.5<TTL/f<4，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离，f为所述光学系统的焦距。通过限定TTL/f的范围，在满足光学系统视场角范围的同时，控制光学系统的光学总长，满足光学系统小型化的特征。TTL/f＞4，光学系统总长过长，不利于实现系统的小型化；TTL/f＜2.5，光学系统焦距过长，则不利于满足光学系统的视场角范围，无法获得足够的物空间信息。
以下通过五个具体的实施例对本申请进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，直线11表示光轴，第一个透镜L1远离第二透镜L2的一侧为物侧12，第五透镜L5远离第四透镜L3的一侧为像侧13。本实施例提供的光学系统中，从物侧12到像侧13依次为第一个透镜L1、第二透镜L2、光阑STO、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片LF、保护玻璃CG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为凹面，其物侧面S9于圆周处为凸面，其像侧面S10于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第二透镜L2和第三透镜L3之间，有利于光学系统具有小型化和大视场角的特征。
滤光片LF设置在第五透镜L5之后，包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片LF用于过滤掉红外波段以外的光线，滤光片LF的材质为玻璃。
保护玻璃CG位于滤光片LF之后，包括物侧面S13和像侧面S14，保护玻璃CG用于保护感光元件，避免感光元件裸露在外面，使感光元件不受灰尘等的影响，保证成像质量。
成像面S15为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
本实施例的光学系统采用玻塑混合的透镜，有利于实现光学系统的轻量化，且有利于降低生产成本。
表1a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于近光轴处的曲率半径，焦距的参考波长为930nm，透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm。
表1a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
在本实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5中至少一个透镜的物侧面和像侧面为非球面，各非球面透镜的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
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是圆锥常数，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各非球面镜面S3、S4、S7、S8、S9、S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表1b
图2示出了第一实施例的光学系统的纵向球差曲线、像散曲线、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会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为950.0000nm、940.0000nm、930.0000nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，S表示弧矢方向，T表示子午方向，像散曲线的参考波长为930.0000nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为930.0000nm。根据图2可知，第一实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例二
如图3所示，直线11表示光轴，第一个透镜L1远离第二透镜L2的一侧为物侧12，第五透镜L5远离第四透镜L3的一侧为像侧13。本实施例提供的光学系统中，从物侧12到像侧13依次为第一个透镜L1、第二透镜L2、光阑STO、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片LF、保护玻璃CG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为凹面，其物侧面S9于圆周处为凸面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第二透镜L2和第三透镜L3之间，有利于光学系统具有小型化和大视场角的特征。
滤光片LF设置在第五透镜L5之后，包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片LF用于过滤掉红外波段以外的光线，滤光片LF的材质为玻璃。
保护玻璃CG位于滤光片LF之后，包括物侧面S13和像侧面S14，保护玻璃CG用于保护感光元件，避免感光元件裸露在外面，使感光元件不受灰尘等的影响，保证成像质量。
成像面S15为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
本实施例的光学系统采用玻塑混合的透镜，有利于实现光学系统的轻量化，且有利于降低生产成本。
表2a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于近光轴处的曲率半径，焦距的参考波长为930nm，透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm。
表2a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
表2b给出了可用于第二实施例中各非球面镜面S3、S4、S7、S8、S9、S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，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
| 面序号 | S3 | S4 | S7 | S8 | S9 | S10 |
| K | -5.234E+00 | 5.129E-01 | 9.522E+01 | -9.841E+01 | -4.537E+00 | -5.277E+00 |
| A4 | -3.553E-02 | 1.253E-03 | -2.662E-02 | 4.331E-02 | -3.384E-03 | 1.127E-02 |
| A6 | -2.256E-02 | -1.744E-02 | 3.388E-02 | -9.291E-02 | 1.151E-02 | 1.015E-02 |
| A8 | 7.491E-02 | 4.831E-02 | -3.230E-02 | 1.960E-01 | 5.486E-02 | 1.057E-02 |
| A10 | -1.412E-01 | -6.905E-02 | 3.241E-02 | -2.720E-01 | -9.350E-02 | 3.279E-03 |
| A12 | 1.630E-01 | 6.184E-02 | -1.967E-02 | 2.741E-01 | 9.640E-02 | -2.092E-02 |
| A14 | -1.166E-01 | -3.504E-02 | 4.932E-03 | -1.827E-01 | -6.238E-02 | 2.228E-02 |
| A16 | 5.042E-02 | 1.219E-02 | 4.586E-04 | 7.411E-02 | 2.344E-02 | -1.166E-02 |
| A18 | -1.207E-02 | -2.374E-03 | -4.758E-04 | -1.652E-02 | -4.661E-03 | 3.052E-03 |
| A20 | 1.227E-03 | 1.980E-04 | 6.790E-05 | 1.554E-03 | 3.760E-04 | -3.186E-04 |
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、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会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为950.0000nm、940.0000nm、930.0000nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，S表示弧矢方向，T表示子午方向，像散曲线的参考波长为930.0000nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为930.0000nm。根据图4可知，第二实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例三
如图5所示，直线11表示光轴，第一个透镜L1远离第二透镜L2的一侧为物侧12，第五透镜L5远离第四透镜L3的一侧为像侧13。本实施例提供的光学系统中，从物侧12到像侧13依次为第一个透镜L1、第二透镜L2、光阑STO、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片LF、保护玻璃CG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处为和于圆周处为凸面，其像侧面S10于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第二透镜L2和第三透镜L3之间，有利于光学系统具有小型化和大视场角的特征。
滤光片LF设置在第五透镜L5之后，包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片LF用于过滤掉红外波段以外的光线，滤光片LF的材质为玻璃。
保护玻璃CG位于滤光片LF之后，包括物侧面S13和像侧面S14，保护玻璃CG用于保护感光元件，避免感光元件裸露在外面，使感光元件不受灰尘等的影响，保证成像质量。
成像面S15为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
本实施例的光学系统采用玻塑混合的透镜，有利于实现光学系统的轻量化，且有利于降低生产成本。
表3a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于近光轴处的曲率半径，焦距的参考波长为930nm，透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm。
表3a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
表3b给出了可用于第三实施例中各非球面镜面S3、S4、S7、S8、S9、S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，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
| 面序号 | S3 | S4 | S7 | S8 | S9 | S10 |
| K | -1.881E+01 | -1.901E-01 | 3.112E+01 | -7.225E+00 | 1.877E-01 | -1.628E+00 |
| A4 | -2.964E-02 | -3.733E-03 | -9.398E-02 | -1.728E-02 | -1.480E-02 | 5.772E-04 |
| A6 | 1.481E-03 | 8.132E-07 | 5.224E-02 | 1.071E-02 | 4.610E-03 | 1.373E-03 |
| A8 | -8.129E-04 | 5.867E-04 | -1.971E-02 | -3.838E-03 | -2.343E-04 | 5.178E-04 |
| A10 | 9.627E-04 | 1.310E-04 | 4.102E-03 | 4.356E-04 | 3.271E-04 | -1.451E-04 |
| A12 | -3.073E-04 | -7.861E-05 | -2.395E-04 | 9.470E-05 | 4.355E-06 | 8.232E-05 |
| A14 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 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 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
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、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会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为950.0000nm、940.0000nm、930.0000nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，S表示弧矢方向，T表示子午方向，像散曲线的参考波长为930.0000nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为930.0000nm。根据图6可知，第三实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例四
如图7所示，直线11表示光轴，第一个透镜L1远离第二透镜L2的一侧为物侧12，第五透镜L5远离第四透镜L3的一侧为像侧13。本实施例提供的光学系统中，从物侧12到像侧13依次为第一个透镜L1、第二透镜L2、光阑STO、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片LF、保护玻璃CG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第二透镜L2和第三透镜L3之间，有利于光学系统具有小型化和大视场角的特征。
滤光片LF设置在第五透镜L5之后，包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片LF用于过滤掉红外波段以外的光线，滤光片LF的材质为玻璃。
保护玻璃CG位于滤光片LF之后，包括物侧面S13和像侧面S14，保护玻璃CG用于保护感光元件，避免感光元件裸露在外面，使感光元件不受灰尘等的影响，保证成像质量。
成像面S15为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
本实施例的光学系统采用玻塑混合的透镜，有利于实现光学系统的轻量化，且有利于降低生产成本。
表4a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于近光轴处的曲率半径，焦距的参考波长为930nm，透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm。
表4a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
表4b给出了可用于第四实施例中各非球面镜面S3、S4、S7、S8、S9、S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，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
| 面序号 | S3 | S4 | S7 | S8 | S9 | S10 |
| K | -1.528E+01 | -1.304E-01 | 3.070E+01 | -7.173E+00 | 3.691E+00 | -9.603E+00 |
| A4 | -4.464E-02 | -4.488E-04 | -9.058E-02 | -1.500E-02 | -9.531E-03 | 1.254E-02 |
| A6 | -5.279E-03 | -3.957E-03 | 6.635E-02 | 1.420E-02 | 1.000E-02 | 5.384E-03 |
| A8 | 2.179E-03 | 1.869E-03 | -2.414E-02 | -2.987E-03 | 3.500E-04 | 1.216E-03 |
| A10 | -1.040E-03 | 2.716E-04 | 4.651E-03 | 1.275E-03 | -1.031E-04 | 5.839E-04 |
| A12 | 1.939E-04 | -1.371E-04 | -1.879E-04 | -4.027E-04 | -2.073E-04 | -2.854E-04 |
| A14 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A16 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| A18 | 0.000E+00 | 0.000E+00 | 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 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
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、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会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为950.0000nm、940.0000nm、930.0000nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，S表示弧矢方向，T表示子午方向，像散曲线的参考波长为930.0000nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为930.0000nm。根据图8可知，第四实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例五
如图9所示，直线11表示光轴，第一个透镜L1远离第二透镜L2的一侧为物侧12，第五透镜L5远离第四透镜L3的一侧为像侧13。本实施例提供的光学系统中，从物侧12到像侧13依次为第一个透镜L1、第二透镜L2、光阑STO、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片LF、保护玻璃CG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S1于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S2于近光轴处和于圆周处为凹面，并皆为球面。
第二透镜L2具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S3于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S4于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为非球面。
第三透镜L3具有正屈折力，且为玻璃材质，其物侧面S5于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S6于近光轴处和于圆周处为凸面，并皆为球面。
第四透镜L4具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面S7于近光轴处和于圆周处为凹面，其像侧面S8于近光轴处和于圆周处为凹面，且皆为非球面。
第五透镜L5具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面S9于近光轴处和于圆周处为凸面，其像侧面S10于近光轴处为凸面，其像侧面S10于圆周处为凹面，并皆为非球面。
光阑STO可以位于第一透镜L1的物侧或任意两个相邻的透镜之间，本实施例中的光阑STO设置在第二透镜L2和第三透镜L3之间，有利于光学系统具有小型化和大视场角的特征。
滤光片LF设置在第五透镜L5之后，包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片LF用于过滤掉红外波段以外的光线，滤光片LF的材质为玻璃。
保护玻璃CG位于滤光片LF之后，包括物侧面S13和像侧面S14，保护玻璃CG用于保护感光元件，避免感光元件裸露在外面，使感光元件不受灰尘等的影响，保证成像质量。
成像面S15为被摄物体的光通过光学系统后形成的像所在的面。
本实施例的光学系统采用玻塑混合的透镜，有利于实现光学系统的轻量化，且有利于降低生产成本。
表5a示出了本实施例的光学系统的特性表格，其中，本实施例中的曲率半径是各透镜于近光轴处的曲率半径，焦距的参考波长为930nm，透镜的折射率和阿贝数的参考波长为587.56nm。
表5a
其中，f为光学系统的焦距，FNO为光学系统的光圈数，FOV为光学系统的最大视场角。
表5b给出了可用于第五实施例中各非球面镜面S3、S4、S7、S8、S9、S10的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，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
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、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会聚焦点偏离，纵向球差曲线的参考波长为950.0000nm、940.0000nm、930.0000nm；像散曲线表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，其中，S表示弧矢方向，T表示子午方向，像散曲线的参考波长为930.0000nm；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值，畸变曲线的参考波长为930.0000nm。根据图10可知，第五实施例所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
表6为第一实施例至第五实施例的光学系统的(D23+CT3)/(CT4+D45)、f1/CT1、f2/CT2、f1*f2/f、CT3/Sagf3、f4/CT4、SDs14/|Sagf4|、f5/CT5、f45/f、TTL/f的值。
表6
| (D23+CT3)/(CT4+D45) | f1/CT1 | f2/CT2 | f1*f2/f | CT3/Sagf3 | |
| 第一实施例 | 1.581 | -6.844 | 9.207 | -17.911 | 4.246 |
| 第二实施例 | 1.373 | -7.507 | 7.493 | -17.254 | 5.923 |
| 第三实施例 | 2.920 | -4.232 | 5.260 | -9.108 | 8.765 |
| 第四实施例 | 2.003 | -6.234 | 3.614 | -7.934 | 12.262 |
| 第五实施例 | 2.073 | -5.958 | 3.599 | -7.895 | 11.565 |
| f4/CT4 | SDs14/|Sagf4| | f5/CT5 | f45/f | TTL/f | |
| 第一实施例 | -10.715 | 29.950 | 18.112 | -2.668 | 2.903 |
| 第二实施例 | -24.351 | 29.876 | 36.789 | -7.875 | 2.895 |
| 第三实施例 | -6.111 | 8.960 | 2.190 | -11.515 | 3.950 |
| 第四实施例 | -3.918 | 11.739 | 3.797 | -2.261 | 2.938 |
| 第五实施例 | -3.923 | 11.357 | 3.737 | -2.292 | 2.948 |
由表6可见，各实施例均能满足：1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，-7.6<f1/CT1<-4.3，3.5<f2/CT2<9.5，-18mm<f1*f2/f<-7.5mm，4.2<CT3/Sagf3<12.3，-24.5<f4/CT4<-3.5，8<SDs14/|Sagf4|<30，2<f5/CT5<37，-12<f45/f<-2，2.5<TTL/f<4。
参阅图11，本申请涉及的光学系统应用在终端设备30中的摄像头模组20。终端设备30可以为手机、平板电脑、无人机、计算机、车辆等设备。摄像头模组20的感光元件位于光学系统的像侧，摄像头模组20组装在终端设备30内部。
本申请提供一种摄像头模组，包括感光元件和本申请实施例提供的光学系统，感光元件位于光学系统的像侧，用于将穿过第一透镜至第五透镜且入射到电子感光元件上的光线转换成图像的电信号。电子感光元件可以为互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。通过在摄像头模组内安装该光学系统，使摄像头模组具有小型化、大视场角的特征且在近红外光区域具有良好成像质量。
本申请还提供一种终端设备，该终端设备包括本申请实施例提供的摄像头模组。该终端设备可以为手机、平板电脑、无人机、计算机、车辆等。通过在终端设备内安装该摄像头模组，使终端设备具有小型化、大视场角的特征且在近红外光区域具有良好成像质量。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种光学系统，其特征在于，共五片具有屈折力的透镜，从物侧至像侧依序为：
第一透镜，具有负屈折力；
第二透镜，具有正屈折力，所述第二透镜的物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；
第三透镜，具有正屈折力，所述第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面；
第四透镜，具有负屈折力，所述第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
第五透镜，具有正屈折力，所述第五透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
所述光学系统满足以下条件式：
1＜(D23+CT3)/(CT4+D45)<3，
4.2<CT3/Sagf3<12.3，
2.5<TTL/f<4，
D23为所述第二透镜的像侧面与所述第三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，D45为所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面于光轴的距离，Sagf3为所述第三透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第三透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离，TTL为所述光学系统中所述第一透镜的物侧面到成像面于光轴上的距离，f为所述光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
-7.6<f1/CT1<-4.3，
f1为所述第一透镜的焦距，CT1为所述第一透镜于光轴上的厚度。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
-18mm<f1*f2/f<-7.5mm，
f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f为所述光学系统的焦距。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
-24.5<f4/CT4<-3.5，
f4为所述第四透镜的焦距，CT4为所述第四透镜于光轴上的厚度。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
8<SDs14/|Sagf4|<30，
SDs14为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径，Sagf4为所述第四透镜的物侧面的最大有效通光孔径处至所述第四透镜与光轴的交点在平行光轴方向上的距离。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
-12<f45/f<-2，
f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f为所述光学系统的焦距。
7.一种摄像头模组，其特征在于，包括感光元件和如权利要求1至6任一项所述的光学系统，所述感光元件位于所述光学系统的像侧。
8.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的摄像头模组。
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