CN113093366B - 光学系统、摄像模组和电子设备 - Google Patents
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Abstract
一种光学系统、摄像模组和电子设备，光学系统包括由物侧至像侧沿光轴依次设置的具有正曲折力的第一透镜、具有负曲折力的第二透镜、具有曲折力的第三透镜和光路转向件；光路转向件包括入光面、第一反射面、第二反射面和出光面，入光面与第三透镜的像侧面相对并与出光面具有夹角，第二反射面与入光面连接并形成第一夹角，第一反射面与出光面连接并形成第二夹角，光学系统满足条件式：250°<α+β<290°；1.45<Nd1<1.6；1.58<Nd2<1.8；1.45<Nd3<1.6；50<Vd1<65；18<Vd2<35；50<Vd3<65。通过上述设置，光学系统能够同时满足小型化和实现长焦特性，以及具有较佳的成像性能。
Description
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
随着手机等电子产品在生活中的广泛应用，各种科技改进推陈出新。其中，新型电子产品改进中摄像镜头拍摄效果的改进创新成为人们关注的重点，同时成为科技改进的一项重要内容，能否使用微型摄像元件拍摄出高画质感、高分辨率、高清晰度，甚至暗光条件下能拍摄出画质清晰的图片成为现代人购买选择的关键因素。另一方面，随着科技进步，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)和电荷耦合器件 (Charge-coupled Device，CCD)等感光元件的性能有了较大改进，为拍摄高质量的像质提供了可能，能够给人们带来了更高画质感的拍摄体验。因此，光学系统设计的小型化及成像性能改进成为目前摄像头提升拍摄质量的关键因素。
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，能够实现小型化设计以及具有较好的成像性能。
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，光学系统包括在光轴上依次设置的具有正曲折力的第一透镜、具有负曲折力的第二透镜、具有曲折力的第三透镜和光路转向件；所述光路转向件包括入光面、第一反射面、第二反射面和出光面，所述入光面与所述第三透镜的像侧面相对并与所述出光面具有夹角，所述第二反射面与所述入光面连接并形成第一夹角，所述第一反射面与所述出光面连接并形成第二夹角，由所述第三透镜像侧面出射的光线自所述入光面进入所述光路转向件内，并经所述第一反射面反射至所述第二反射面，经所述第二反射面反射至所述出光面出射；所述光学系统满足条件式：250°<α+β<290°； 1.45<Nd1<1.6；1.58<Nd2<1.8；1.45<Nd3<1.6；50<Vd1<65；18<Vd2<35； 50<Vd3<65；其中，α为所述第一夹角的度数，β为所述第二夹角的度数，Nd1、 Nd2和Nd3分别为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在波长为 587.5618nm的光线下的光学材料折射率，Vd1、Vd2和Vd3分别为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在波长为587.5618nm的光线下的色散系数。
通过设置光路转向件，光线能够在光路转向件内的第一反射面和第二反射面进行反射，有助于提升光学系统的焦距，利于远景拍摄；此外，光路转向件实现了光路折转，实现了光学系统的小型化设计；同时，在光路转向件的入光面一侧设置第一透镜、第二透镜和第三透镜，并合理配置各透镜的曲折力、光学材料折射率和色散系数，提升了放大倍率，有助于提升光学系统的成像性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：220<43*f/(2*ImgH)<320；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所对应的像高的一半。通过满足43*f/(2*ImgH)的取值范围在220和320之间，能保证光学系统在成像面固定的情况下等效焦距较大，有利于实现具有较大成像面的同时满足长焦距的要求，进而可实现光学系统的远距离摄像。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：12<TTL/Imgh<19；其中，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，ImgH为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半。通过满足TTL/Imgh的取值范围在 12和19之间，能保证光学系统在成像面固定的情况下系统总长较小，有利于实现光学系统具有长焦距的同时满足小型化的要求。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<TTL/f<1.5；其中，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，f为所述光学系统的有效焦距。通过满足TTL/f的取值范围在1和1.5之间，能保证光学系统在系统总长固定且满足小型化的情况下，光学系统的有效焦距具有较高的下限值，有利于满足光学系统的长焦距要求。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.9<(r1+r4)/(r1-r4)<1.3；其中，r1为所述第一透镜物侧面于光轴处的曲率半径，r4为所述第二透镜像侧面于光轴处的曲率半径。可以理解的是，上述两个曲率半径主要承担整个光学系统矫正球差的功能，通过满足(r1+r4)/(r1-r4)的取值范围高于0.9并低于1.3，可以很好矫正系统的一阶像差，从而提升光学系统的成像性能，当超出该范围，系统的像差矫正变得困难，不利于提升光学系统的成像品质。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：4.5<FNO≤5；其中，FNO为所述光学系统的光圈数。通过满足光学系统的光圈数范围在4.5和5之间，光学系统可以在维持长焦特性的前提下，获得较大的通光量，有利于暗光环境下的清晰成像。可以理解的是，光学系统单位时间内的通光量足够大时，即使在较暗环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：-1<f1/f23<-0.4；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f23为所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距。通过满足f1/f23的取值范围在-1和-0.4之间，有助于光学系统前面第一透镜和后面透镜组两部分的光焦度合理分配，能够更好的矫正光学系统的色差，从而提升了光学系统的成像性能。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.9<map2/map1<1；其中，map1 表示中心光束经过所述第三透镜的像侧面时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，所述中心光束为入射至所述光学系统的成像面上中心处的光束；map2表示边缘光束经过所述第三透镜的像侧面时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，所述边缘光束为入射至所述光学系统的成像面上离光轴最远点处的光束。通过满足map2/map1的取值范围在0.9和1之间，有利于提升光学系统的相对亮度，从而使光学系统在较暗环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式： 13mm<ImgH/tan(DFOV)<19mm；其中，ImgH为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半，DFOV为所述光学系统的最大视场角。通过满足 ImgH/tan(DFOV)的取值范围在13mm和19mm之间，有利于保证光学系统具有较大视场角的同时，保持光学系统的长焦特性，从而可以提高成像的放大倍率。
一种实施方式中，所述光学系统满足条件式：5.5<TTL/ct23<8；其中，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，ct23为所述第二透镜物侧面与第三透镜像侧面于光轴上的距离。通过满足TTL/ct23的取值范围在5.5和8之间，使第二透镜和第三透镜排布紧凑，并成为光学系统中光线折转的过渡部分，使得第二透镜和第三透镜的光焦度分配较合理，有助于降低光学系统的整体组装敏感性。
第二方面，本发明还提供了一种摄像模组，摄像模组包括镜筒、感光元件和第一方面任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统安装在所述镜筒内，所述感光元件设置在所述光学系统的像侧。通过在摄像模组中加入本发明提供的光学系统，摄像模组能够同时满足小型化和长焦特性，还具有较高的成像性能。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，电子设备包括壳体和第二方面所述的摄像模组，所述摄像模组设于所述壳体内。通过在电子设备中加入本发明提供的摄像模组，电子设备具有较小的体积以及较佳的拍摄质量，电子设备能够清晰地拍摄远景。
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，显而易见地，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1a是第一实施例的光学系统的结构示意图；
图1b是第一实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图2a是第二实施例的光学系统的结构示意图；
图2b是第二实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图3a是第三实施例的光学系统的结构示意图；
图3b是第三实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图4a是第四实施例的光学系统的结构示意图；
图4b是第四实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图5a是第五实施例的光学系统的结构示意图；
图5b是第五实施例的纵向球差曲线、像散曲线和畸变曲线；
图6是一种实施例中的摄像模组的结构示意图；
图7是一种实施例中的电子设备的结构示意图。
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。
请参考图1a-图5a，本发明实施例提供了一种光学系统10，光学系统10包括由物侧至像侧沿光轴依次设置第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。
第一透镜L1，具有正曲折力，且满足条件式：
1.45<Nd1<1.6；
50<Vd1<65；
其中，Nd1为第一透镜L1在波长为587.5618nm的光线下的光学材料折射率，Vd1为第一透镜L1在波长为587.5618nm的光线下的色散系数(即第一透镜L1的d光阿贝数)。
第二透镜L2，具有负曲折力，且满足条件式：
1.58<Nd2<1.8；
18<Vd2<35；
其中，Nd2为第二透镜L2在波长为587.5618nm的光线下的光学材料折射率，Vd2为第二透镜L2在波长为587.5618nm的光线下的色散系数(即第二透镜L2的d光阿贝数)。
第三透镜L3，具有曲折力，且满足条件式：
1.45<Nd3<1.6；
50<Vd3<65；
其中，Nd3为第三透镜L3在波长为587.5618nm的光线下的光学材料折射率，Vd3为第三透镜L3在波长为587.5618nm的光线下的色散系数(即第三透镜L3的d光阿贝数)。
光路转向件RP，光路转向件RP包括入光面S7、第一反射面S8、第二反射面S9和出光面S10，入光面S7与第三透镜L3的像侧面S6相对并与出光面S10 具有夹角，第二反射面S9与入光面S7连接并形成第一夹角，第一反射面S8与出光面S10连接并形成第二夹角，由第三透镜L3像侧面出射的光线自入光面 S7进入光路转向件RP内，并经第一反射面S8反射至第二反射面S9，经第二反射面S9反射至出光面S10出射。光路转向件RP满足条件式：
250°<α+β<290°；
其中，α为第一夹角的度数，β为第二夹角的度数。
具体的，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的材质可以为玻璃或者塑料，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3均具有物侧面和像侧面。成像面IMG位于光路转向件RP的出光面S10一侧，成像面IMG处可设置感光元件，且成像面IMG和出光面S10之间可设置保护玻璃和滤光片等器件。光路转向件 RP优选为四棱镜、五棱镜和六棱镜等类型的棱镜。可以理解的是，由于光路转向件RP的存在，经光路转向件RP的光线会发生反射或折射，这使得光轴具有连续的多段，相邻的两段光轴形成夹角，这使得在有限空间内光学系统10能够具有足够的焦距，从而实现长焦化。
通过设置光路转向件RP，光线能够在光路转向件RP内的第一反射面S8和第二反射面S9进行反射，有助于提升光学系统10的焦距，利于远景拍摄；此外，光路转向件RP实现了光路折转，实现了光学系统10的小型化设计；同时，在光路转向件RP的入光面S7一侧设置第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜 L3，并合理配置各透镜的曲折力、光学材料折射率和色散系数，提升了放大倍率，有助于提升光学系统10的成像性能。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
220<43*f/(2*ImgH)<320；
其中，f为光学系统10的有效焦距，ImgH为光学系统10最大视场角所对应的像高的一半。
通过满足43*f/(2*ImgH)的取值范围在220和320之间，能保证光学系统10 在成像面IMG固定的情况下等效焦距较大，有利于实现具有较大成像面IMG的同时满足长焦距的要求，进而可实现光学系统10的远距离摄像。
具体的，f和ImgH的单位均为毫米(mm)，43*f/(2*ImgH)的取值可以为220、 235、249、268、273、301、312和320等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
12<TTL/Imgh<19；
其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面IMG于光轴上的距离，ImgH为光学系统10最大视场角所对应的像高的一半。
通过满足TTL/Imgh的取值范围在12和19之间，能够保证光学系统10在成像面IMG固定的情况下系统总长较小，有利于实现光学系统10具有长焦距的同时满足小型化的要求。
具体的，TTL和ImgH的单位均为毫米(mm)，TTL/Imgh的取值可以为 12、14、15、16、17和19等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
1<TTL/f<1.5；
其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面IMG于光轴上的距离，f为光学系统10的有效焦距。
通过满足TTL/f的取值范围在1和1.5之间，能保证光学系统10在系统总长固定且满足小型化的情况下，光学系统10的有效焦距具有较高的下限值，有利于满足光学系统10的长焦距要求。
具体的，TTL和f的单位均为mm，TTL/f的取值可以为1、1.15、1.24、1.3、 1.49和1.5等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
0.9<(r1+r4)/(r1-r4)<1.3；
其中，r1为第一透镜L1物侧面S1于光轴处的曲率半径，r4为第二透镜L2 像侧面S4于光轴处的曲率半径。
可以理解的是，上述两个曲率半径主要承担整个光学系统10矫正球差的功能，通过满足(r1+r4)/(r1-r4)的取值范围在0.9和1.3之间，可以很好矫正系统的一阶像差，从而提升光学系统10的成像性能，当超出该范围，系统的像差矫正变得困难，不利于提升光学系统10的成像品质。
具体的，r4和r1的单位均为mm，(r1+r4)/(r1-r4)的取值可以为0.9、1.06、 1.1和1.3等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
4.5<FNO≤5；
其中，FNO为光学系统10的光圈数。
通过满足光学系统10的光圈数范围在4.5和5之间，光学系统10可以在维持长焦特性的前提下，获得较大的通光量，有利于暗光环境下的清晰成像。可以理解的是，光学系统10单位时间内的通光量足够大时，即使在较暗环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。
具体的，FNO的取值可以为4.5、4.6、4.75、4.8和5等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
-1<f1/f23<-0.4；
其中，f1为第一透镜L1的有效焦距，f23为第二透镜L2和第三透镜L3的组合有效焦距。
通过满足f1/f23的取值范围在-1和-0.4之间，有助于光学系统10前面第一透镜L1和后面透镜组两部分的光焦度合理分配，能够更好的矫正光学系统10 的色差，从而提升了光学系统10的成像性能。
具体的，f1和f23的单位均为mm，f1/f23的取值可以为-1、-0.95、-0.8、 -0.65、-0.54和-0.4等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
0.9<map2/map1<1；
其中，map1表示中心光束经过第三透镜L3的像侧面S6时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，中心光束为入射至光学系统10的成像面IMG上中心处的光束；
map2表示边缘光束经过第三透镜L3的像侧面S6时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，边缘光束为入射至光学系统10的成像面IMG上离光轴最远点处的光束。
为了便于理解，请参阅图1a，图1a中的两短一长虚线为入射至成像面IMG 中心的光线，即为中心光束，图1a中的两点一横划线为入射至成像面IMG的离光轴最远点的光线，即为边缘光束。map1即中心光束与第三透镜L3的像侧面 S6的交点在垂直光轴方向上的最大距离(最大有效口径)，map2即边缘光束与第三透镜L3的像侧面S6的交点在垂直光轴方向上的最大距离(最大有效口径)。通过满足map2/map1的取值范围在0.9和1之间，有利于提升光学系统10的相对亮度，从而使得光学系统10在较暗环境下拍摄，也能达到清晰的成像效果。
具体的，map2和map1的单位均为mm，map2/map1的取值可以为0.9、0.91、 0.94、0.96、0.99和1等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
13mm<ImgH/tan(DFOV)<19mm；
其中，ImgH为光学系统10最大视场角所对应的像高的一半，DFOV为光学系统10的最大视场角。
通过满足ImgH/tan(DFOV)的取值范围在13mm和19mm之间，有利于保证光学系统10具有较大视场角的同时，保持光学系统10的长焦特性，从而可以提高成像的放大倍率。
具体的，ImgH的单位为mm，DFOV的单位为deg，ImgH/tan(DFOV)的取值可以为13mm、14mm、16mm、18.5mm和19mm等。
一种实施方式中，光学系统10满足条件式：
5.5<TTL/ct23<8；
其中，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至光学系统10的成像面IMG于光轴上的距离，ct23为第二透镜L2物侧面S3与第三透镜L3像侧面S6于光轴上的距离。
通过满足TTL/ct23的取值范围在5.5和8之间，使第二透镜L2和第三透镜 L3排布紧凑，并成为光学系统10中光线折转的过渡部分，使得第二透镜L2和第三透镜L3的光焦度分配较合理，有助于降低光学系统10的整体组装敏感性。
具体的，TTL和ct23的单位均为mm，TTL/ct23的取值可以为5.5、6.3、 7.1、7.6和8等。
第一实施例
请参考图1a和图1b，本实施例的光学系统包括在光轴上依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。第一透镜L1至第三透镜 L3的面型和曲折力如下：
第一透镜L1，具有正曲折力，第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2于近光轴处均为凸面；
第二透镜L2，具有负曲折力，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，具有正曲折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面；
上述第一透镜L1至第三透镜L3的材质均为塑料，可助于光学系统实现轻量化设计。
此外，光学系统还包括光阑(未图示)、滤光片IR和成像面IMG。光阑设置在第一透镜L1的物侧面S1上，光阑用于控制进光量。在其他实施例中，光阑也可以设置在其他透镜的物侧面或像侧面，或者是相邻两片透镜之间。光路转向件RP包括均呈球面的入光面S7、第一反射面S8、第二反射面S9和出光面 S10，滤光片IR设置在光路转向件RP的像侧(出光面S10一侧)，其包括物侧面S11和像侧面S12，滤光片IR用于过滤特定波长的光线，优选的，滤光片IR 为能够过滤红外光线的红外滤光片，使得射入成像面IMG的光线为可见光，可见光的波长为380nm-780nm。滤光片IR的材质为玻璃，并可在玻璃上镀膜。成像面IMG为光学系统的像面，其大部分区域与感光元件的有效像素区域交叠。
表1a示出了本实施例的光学系统的特性，其中的数据采用参考波长为587.5618nm的光线获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。
表1a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至成像面IMG的于光轴上的距离，DFOV为光学系统对角线方向的最大视场角。
在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3的各个透镜的物侧面和像侧面均为非球面，非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1a中Y半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。
表1b给出了可用于第一实施例中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、 A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表1b
| 面序号 | K | A4 | A6 | A8 | A10 |
| S1 | 15.4852046827 | 0.0007729195 | 0.0000099264 | -0.0000038846 | 0.0000004365 |
| S2 | 0.0000000000 | 0.0032547166 | -0.0001615198 | 0.0000082234 | 0.0000001920 |
| S3 | 0.0000000000 | -0.0016187732 | -0.0000142766 | -0.0000025730 | 0.0000011519 |
| S4 | -4.1255819035 | 0.0001202842 | -0.0002871810 | 0.0000462378 | -0.0000031643 |
| S5 | -1.1683877741 | 0.0028494774 | -0.0001067467 | 0.0000461903 | -0.0000040475 |
| S6 | 0.0000000000 | 0.0025468633 | 0.0000273581 | 0.0000194854 | -0.0000018567 |
| S7 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S8 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S9 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S10 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S11 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S12 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| IMG | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| 面序号 | A12 | A14 | A16 | A18 | A20 |
| S1 | 0.0000000029 | -0.0000000005 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S2 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S3 | -0.0000000805 | 0.0000000021 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S4 | 0.0000002102 | -0.0000000080 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S5 | 0.0000002879 | -0.0000000116 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S6 | 0.0000001342 | -0.0000000060 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S7 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S8 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S9 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S10 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S11 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S12 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| IMG | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
图1b示出了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。像散曲线和畸变曲线的光线参考波长为587.5618nm，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；像散曲线子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图1b 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。
第二实施例
请参考图2a和图2b，本实施例的光学系统包括在光轴上依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。第一透镜L1至第三透镜 L3的面型和曲折力如下：
第一透镜L1，具有正曲折力，第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2于近光轴处均为凸面；
第二透镜L2，具有负曲折力，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，具有正曲折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面；
第二实施例中的其它结构与第一实施例相同，具体可参考第一实施例。
表2a示出了本实施例的光学系统的特性，其中的数据采用参考波长为587.5618nm的光线获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。
表2a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至成像面IMG的于光轴上的距离，DFOV为光学系统对角线方向的最大视场角。
表2b给出了可用于第二实施例中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、 A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表2b
| 面序号 | K | A4 | A6 | A8 | A10 |
| S1 | 15.4852046827 | 0.0011187502 | -0.0000042174 | -0.0000012167 | 0.0000001342 |
| S2 | 0.0000000000 | 0.0042224057 | -0.0001954147 | 0.0000108099 | -0.0000001841 |
| S3 | 0.0000000000 | -0.0015671184 | -0.0000369720 | -0.0000043160 | 0.0000009310 |
| S4 | -3.5157584314 | 0.0002971111 | -0.0003135288 | 0.0000437143 | -0.0000037518 |
| S5 | -1.1683877741 | 0.0016664528 | -0.0001599458 | 0.0000422644 | -0.0000042623 |
| S6 | 0.0000000000 | 0.0010224853 | -0.0000086292 | 0.0000125028 | -0.0000012277 |
| S7 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S8 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S9 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S10 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S11 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S12 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| IMG | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| 面序号 | A12 | A14 | A16 | A18 | A20 |
| S1 | -0.0000000052 | 0.0000000001 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S2 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S3 | -0.0000000611 | 0.0000000014 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S4 | 0.0000001877 | -0.0000000039 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S5 | 0.0000002421 | -0.0000000056 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S6 | 0.0000000760 | -0.0000000016 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S7 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S8 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S9 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S10 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S11 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| S12 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
| IMG | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 | 0.0000000000 |
图2b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。像散曲线和畸变曲线的光线参考波长为587.5618nm，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；像散曲线子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图2b 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。
第三实施例
请参考图3a和图3b，本实施例的光学系统包括在光轴上依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。第一透镜L1至第三透镜 L3的面型和曲折力如下：
第一透镜L1，具有正曲折力，第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2于近光轴处均为凸面；
第二透镜L2，具有负曲折力，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，具有负曲折力，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；
第三实施例中的其它结构与第一实施例相同，具体可参考第一实施例。
表3a示出了本实施例的光学系统的特性，其中的数据采用参考波长为587.5618nm的光线获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。
表3a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至成像面IMG的于光轴上的距离，DFOV为光学系统对角线方向的最大视场角。
表3b给出了可用于第三实施例中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、 A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表3b
图3b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。像散曲线和畸变曲线的光线参考波长为587.5618nm，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；像散曲线子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图3b 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。
第四实施例
请参考图4a和图4b，本实施例的光学系统包括在光轴上依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。第一透镜L1至第三透镜 L3的面型和曲折力如下：
第一透镜L1，具有正曲折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凹面，像侧面S2于近光轴处为凸面；
第二透镜L2，具有负曲折力，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，具有正曲折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面；
第四实施例中的其它结构与第一实施例相同，具体可参考第一实施例。
表4a示出了本实施例的光学系统的特性，其中的数据采用参考波长为587.5618nm的光线获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。
表4a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至成像面IMG的于光轴上的距离，DFOV为光学系统对角线方向的最大视场角。
表4b给出了可用于第四实施例中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、 A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表4b
图4b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。像散曲线和畸变曲线的光线参考波长为587.5618nm，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；像散曲线子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图4b 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。
第五实施例
请参考图5a和图5b，本实施例的光学系统包括在光轴上依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP。第一透镜L1至第三透镜 L3的面型和曲折力如下：
第一透镜L1，具有正曲折力，第一透镜L1的物侧面S1于近光轴处为凹面，像侧面S2于近光轴处为凸面；
第二透镜L2，具有负曲折力，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，具有正曲折力，第三透镜L3的物侧面S5于近光轴处为凹面，像侧面S6于近光轴处为凸面；
第五实施例中的其它结构与第一实施例相同，具体可参考第一实施例。
表5a示出了本实施例的光学系统的特性，其中的数据采用参考波长为587.5618nm的光线获得，Y半径、厚度和焦距的单位均为毫米(mm)。
表5a
其中，f为光学系统的有效焦距，FNO为光学系统的光圈数，TTL为第一透镜L1的物侧面S1至成像面IMG的于光轴上的距离，DFOV为光学系统对角线方向的最大视场角。
表5b给出了可用于第五实施例中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、 A10、A12、A14、A16、A18和A20。
表5b
图5b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。像散曲线和畸变曲线的光线参考波长为587.5618nm，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；像散曲线子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变曲线表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图5b 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。
请参阅表6，表6示出了第一实施例至第五实施例中TTL/Imgh、TTL/f、 (r1+r4)/(r1-r4)、FNO、f1/f23、map2/map1、ImgH/tan(DFOV)、TTL/ct23和 43*f/(2*ImgH)的值。
表6
| TTL/Imgh | TTL/f | (r1+r4)/(r1-r4) | |
| 第一实施例 | 13.038 | 1.225 | 1.210 |
| 第二实施例 | 15.711 | 1.291 | 1.130 |
| 第三实施例 | 12.850 | 1.130 | 1.290 |
| 第四实施例 | 17.183 | 1.288 | 0.990 |
| 第五实施例 | 18.441 | 1.276 | 0.970 |
| ImgH/tan(DFOV)(mm) | FNO | f1/f23 | |
| 第一实施例 | 13.910 | 4.550 | -0.675 |
| 第二实施例 | 15.920 | 4.650 | -0.423 |
| 第三实施例 | 14.885 | 4.800 | -0.900 |
| 第四实施例 | 17.918 | 4.900 | -0.402 |
| 第五实施例 | 18.950 | 5.000 | -0.434 |
| map2/map1 | TTL/ct23 | 43*f/(2*ImgH) | |
| 第一实施例 | 0.990 | 7.570 | 228.897 |
| 第二实施例 | 0.991 | 7.320 | 261.597 |
| 第三实施例 | 0.994 | 5.600 | 244.348 |
| 第四实施例 | 0.993 | 7.570 | 294.297 |
| 第五实施例 | 0.994 | 7.800 | 310.646 |
由表6可知，第一实施例至第五实施例中的光学系统均满足以下条件式：
12<TTL/Imgh<19、1<TTL/f<1.5、0.9<(r1+r4)/(r1-r4)>1.3、4.5<NO≤5、-1<f1 /f23<-0.4、0.9<map2/map1<1、13mm<Imgh/tan(DFOV)>19mm、5.5<TTL/ct23<8、 220<43*f/(2*ImgH)<320。
本发明实施例提供的光学系统，在满足微型设计的同时，增大了焦距，视场角小于常规镜头，并提升了相对亮度和放大倍率，有利于对远景进行清晰的拍摄。
请参阅图1a和图6，本发明实施例还提供了一种摄像模组100，摄像模组 100包括本发明实施例提供的光学系统10、镜筒20和感光元件30，光学系统 10安装在镜筒20内，感光元件30设置在光学系统10的像侧，用于将依次穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和光路转向件RP并入射到感光元件 30上的物的光线转换成图像的电信号。感光元件30可以为CMOS或CCD。该摄像模组100可以是数码相机的独立的镜头，也可以是集成在如智能手机等电子设备1000上的成像模块。通过在摄像模组100中加入本发明提供的光学系统 10，摄像模组100能够同时满足小型化和长焦特性，还具有较高的成像性能。
请参阅图7，本发明实施例还提供了一种电子设备1000，电子设备1000 包括本发明实施例提供的摄像模组100和壳体200，摄像模组100设于壳体200 内。该电子设备1000可以为智能手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、智能手表、无人机、电子书籍阅读器、行车记录仪和可穿戴装置等。通过在电子设备1000中加入本发明提供的摄像模组100，电子设备1000具有较小的体积以及较佳的拍摄质量，电子设备1000能够清晰地拍摄远景。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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，所述光学系统具有曲折力的透镜为三片，包括由物侧至像侧沿光轴依次设置的具有正曲折力的第一透镜、具有负曲折力的第二透镜、具有曲折力的第三透镜和光路转向件；所述光路转向件包括入光面、第一反射面、第二反射面和出光面，所述入光面与所述第三透镜的像侧面相对并与所述出光面具有夹角，所述第二反射面与所述入光面连接并形成第一夹角，所述第一反射面与所述出光面连接并形成第二夹角，由所述第三透镜像侧面出射的光线自所述入光面进入所述光路转向件内，并经所述第一反射面反射至所述第二反射面，经所述第二反射面反射至所述出光面出射；
所述光学系统满足条件式：
250°<α+β<290°；
1.45<Nd1<1.6；
1.58<Nd2<1.8；
1.45<Nd3<1.6；
50<Vd1<65；
18<Vd2<35；
50<Vd3<65；
0.9<(r1+r4)/(r1-r4)<1.3；
-1<f1/f23<-0.4；
其中，α为所述第一夹角的度数，β为所述第二夹角的度数，Nd1、Nd2和Nd3分别为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在波长为587.5618nm的光线下的光学材料折射率，Vd1、Vd2和Vd3分别为所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在波长为587.5618nm的光线下的色散系数，r1为所述第一透镜物侧面于光轴处的曲率半径，r4为所述第二透镜像侧面于光轴处的曲率半径，f1为所述第一透镜的有效焦距，f23为所述第二透镜和所述第三透镜的组合有效焦距。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
220<43*f/(2*ImgH)<320；
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所对应的像高的一半。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
12<TTL/Imgh<19；
其中，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，ImgH为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
1<TTL/f<1.5；
其中，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，f为所述光学系统的有效焦距。
5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
4.5<FNO≤5；
其中，FNO为所述光学系统的光圈数。
6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
0.9<map2/map1<1；
其中，map1表示中心光束经过所述第三透镜的像侧面时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，所述中心光束为入射至所述光学系统的成像面上中心处的光束；
map2表示边缘光束经过所述第三透镜的像侧面时在垂直于光轴方向上的最大有效口径，所述边缘光束为入射至所述光学系统的成像面上离光轴最远点处的光束。
7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
13mm<ImgH/tan(DFOV)<19mm；
其中，ImgH为所述光学系统最大视场角所对应的像高的一半，DFOV为所述光学系统的最大视场角。
8.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：
5.5<TTL/ct23<8；
其中，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，ct23为所述第二透镜物侧面与第三透镜像侧面于光轴上的距离。
9.一种摄像模组，其特征在于，包括镜筒、感光元件和如权利要求1至8任一项所述的光学系统，所述光学系统安装在所述镜筒内，所述感光元件设置在所述光学系统的像侧。
10.一种电子设备，其特征在于，包括壳体和如权利要求9所述的摄像模组，所述摄像模组设于所述壳体内。
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