光学成像系统、取像模组及电子装置的制作方法

1.本技术涉及光学成像技术领域，具体涉及一种光学成像系统、取像模组及电子装置。


背景技术：

2.近年来，随着微型化摄影镜头的蓬勃发展，微型取像模组的需求日渐提高，且随着半导体制程技术的精进，使得感光组件的画素尺寸缩小，再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势。因此，具备良好成像质量的微型化摄影镜头俨然成为目前市场上的主流。
3.随着科技的发展，电子产品对于摄像功能的需求更加多样化，故使用单一镜头的摄像模组已难以满足电子产品的多功能摄像需求，因此，配备双镜头或是多镜头摄影模组的电子产品(例如智能型手机)已成为近年来的发展趋势。此外，为搭配日益扩展的应用范围，对于广视角摄像模块的需求亦是与时俱进。因此，发展一种具有高成像质量的微型广角镜头，实为目前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上内容，有必要提出一种光学成像系统、取像模组及电子装置，以解决上述问题。
5.本技术的实施例提供了一种光学成像系统，由物侧到像侧依次包括：
6.第一透镜，所述第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面；
7.第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面在近光轴处均为凸面；
8.第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；
9.第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面；及
10.第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；
11.所述光学成像系统满足以下条件式：
12.3.5《fov/cra《6，0.02mm《tl5/v5《0.082mm，3.1《imgh/epd《3.7；
13.其中，fov为所述光学成像系统的最大视场角，cra为所述光学成像系统的主光线角，tl5为所述第五透镜的物侧面至所述光学成像系统的成像面在光轴上的距离，v5为第五透镜的色散系数，imgh为所述光学成像系统的最大视场角所对应的像高的一半，epd为所述光学成像系统的入瞳直径。
14.上述的光学成像系统为五片式透镜组，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统具备较小的总长，且尺寸较小，有利于实现微型化，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。
15.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下条件式：
16.15
°
/mm《fov/ttl《28.5
°
/mm；
17.其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至所述光学成像系统的成像面在光轴上的距离。
18.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下条件式：
19.1.3《ttl/imgh《2.7；
20.其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至所述光学成像系统的成像面在光轴上的距离。
21.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下条件式：
22.2.4《|rs7 rs8|/|rs7-rs8|《2.75；
23.其中，rs7为所述第四透镜的物侧面在近光轴处的曲率半径，rs8为所述第四透镜的像侧面在近光轴处的曲率半径。
24.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下关系式：
25.0.85《(v2 v3 v5)/(v1 v4)《1.20；
26.其中，v1为所述第一透镜的色散系数，v2为所述第二透镜的色散系数，v3为所述第三透镜的色散系数，v4为所述第四透镜的色散系数。
27.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下关系式：
28.53
°
/mm《fov/f《63.5
°
/mm；
29.其中，f为所述光学成像系统的有效焦距。
30.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下条件式：
31.0≤vd1-vd2≤0.1；
32.其中，vd1为所述第一透镜的阿贝数，vd2为所述第二透镜的阿贝数。
33.在一些实施例中，所述光学成像系统满足以下条件式：
34.2.2《fno《2.45；
35.其中，fno为所述光学成像系统的光圈数。
36.本技术的实施例还提出了一种取像模组，包括：
37.上述的光学成像系统；及
38.感光元件，所述感光元件设置在所述光学成像系统的像侧。
39.上述的取像模组包括上述的光学成像系统，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统具备较小的总长，且尺寸较小，有利于取像模组实现微型化，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。
40.本技术的实施例还提出了一种电子装置，包括：
41.壳体；及
42.如上述的取像模组，所述取像模组安装在所述壳体上。
43.上述的电子装置包括取像模组，所述取像模组中的光学成像系统，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统具备较小的总长，且尺寸较小，有利于取像模组实现微型化，为电子装置内的其他元件提供较大的安装空间，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。
附图说明
44.图1是本技术第一实施例的光学成像系统的结构图。
45.图2是本技术第一实施例的光学成像系统的模拟mtf对视场角性能数据图。
46.图3是本技术第一实施例的光学成像系统的场曲曲线图。
47.图4是本技术第一实施例的光学成像系统的畸变曲线图。
48.图5是本技术第二实施例的光学成像系统的结构图。
49.图6是本技术第二实施例的光学成像系统的模拟mtf对视场角性能数据图。
50.图7是本技术第二实施例的光学成像系统的场曲曲线图。
51.图8是本技术第二实施例的光学成像系统的畸变曲线图。
52.图9是本技术第三实施例的光学成像系统的结构图。
53.图10是本技术第三实施例的光学成像系统的模拟mtf对视场角性能数据图。
54.图11是本技术第三实施例的光学成像系统的场曲曲线图。
55.图12是本技术第三实施例的光学成像系统的畸变曲线图。
56.图13是本技术实施例的取像模组的结构示意图。
57.图14是本技术实施例的电子装置的结构示意图。
58.主要元件符号说明
59.取像模组
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100
60.光学成像系统
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10
61.第一透镜
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l1
62.第二透镜
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l2
63.第三透镜
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l3
64.第四透镜
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l4
65.第五透镜
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l5
66.滤光片
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irf
67.光阑
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sto
68.成像面
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ima
69.感光元件
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20
70.电子装置
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200
71.壳体
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210
具体实施方式
72.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
73.请参见图1，本技术的实施例提出了一种光学成像系统10，从物侧至像侧依次包括光阑sto、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。可以理解地，各透镜可均由塑料制成，也可均由玻璃制成，也可以至少一枚透镜由塑料制成，至少一枚透镜由玻璃制成。
74.第一透镜l1具有物侧面s1和像侧面s2，第二透镜l2具有物侧面s3和像侧面s4，第
三透镜l3具有物侧面s5和像侧面s6，第四透镜l4具有物侧面s7和像侧面s8，第五透镜l5具有物侧面s9和像侧面s10。
75.其中，第一透镜l1的像侧面s2在近光轴处为凹面。第二透镜l2的物侧面s3和像侧面s4在近光轴处均为凸面。第三透镜l3的物侧面s5在近光轴处为凸面，第三透镜l3的像侧面s6在近光轴处为凹面。第四透镜l4的物侧面s7在近光轴处为凹面，第四透镜l4的像侧面s8在近光轴处为凸面。第五透镜l5的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜l5的像侧面s10在近光轴处为凹面。
76.光学成像系统10满足以下条件式：
77.3.5《fov/cra《6，0.02mm《tl5/v5《0.082mm，3.1《imgh/epd《3.7；
78.其中，fov为光学成像系统10的最大视场角，cra为光学成像系统10的主光线角，tl5为第五透镜l5的物侧面s9至光学成像系统10的成像面ima在光轴上的距离，v5为第五透镜l5的色散系数，imgh为光学成像系统10的最大视场角所对应的像高的一半，epd为光学成像系统10的入瞳直径。
79.上述的光学成像系统10为五片式透镜组，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统10具备较小的总长，且尺寸较小，有利于实现微型化，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。进一步地，第一透镜l1和第二透镜l2设置为相反的曲折力，如此，可以正负相消畸变,使其广角度的状况下,畸变可以控制在
±
0.1毫米内。
80.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下条件式：
81.15
°
/mm《fov/ttl《28.5
°
/mm；
82.其中，ttl为第一透镜l1的物侧面s1至光学成像系统10的成像面ima在光轴上的距离。
83.如此，可使得光学成像系统在较大视场角的同时具有较小的总长。
84.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下条件式：
85.1.3《ttl/imgh《2.7；
86.其中，ttl为第一透镜l1的物侧面s1至光学成像系统10的成像面ima在光轴上的距离。
87.满足上述关系式，可以使得光学成像系统10具有超薄的特性，实现小型化的要求。然而，当ttl/imgh不满足上述关系式时，光学成像系统10的总长较大，不利于实现小型化的要求。
88.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下条件式：
89.2.4《|rs7 rs8|/|rs7-rs8|《2.75；
90.其中，rs7为第四透镜l4的物侧面s7在近光轴处的曲率半径，rs8为第四透镜l4的像侧面s8在近光轴处的曲率半径。
91.如此，第四透镜l4的曲率半径可影响第四透镜l4的弯曲程度；满足上述条件式时，可有效校正光学成像系统10的边缘像差，抑制像散的产生，减小周边视角的主光线射入成像面ima的角度。
92.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下关系式：
93.0.85《(v2 v3 v5)/(v1 v4)《1.20；
94.其中，v1为第一透镜l1的色散系数，v2为第二透镜l2的色散系数，v3为第三透镜l3
的色散系数，v4为第四透镜l4的色散系数。
95.如此，可在色差修正与像散修正之间取得良好平衡。
96.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下关系式：
97.53/
°
/mm《fov/f《63.5
°
/mm；
98.其中，f为光学成像系统10的有效焦距。
99.如此，能够有效控制光学成像系统10在满足合适的有效焦距的条件下，达到短总长的目的，满足光学成像系统10的轻薄化的需求。
100.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下条件式：
101.0≤vd1-vd2≤0.1；
102.其中，vd1为第一透镜l1的阿贝数，vd2为第二透镜l2的阿贝数。
103.如此，合理选择透镜材料，能有效修正光学成像系统10的色差，提高光学成像系统10的成像清晰度，从而提升光学成像系统10的成像品质。
104.在一些实施例中，光学成像系统10满足以下条件式：
105.2.2《fno《2.45；
106.其中，fno为光学成像系统10的光圈数。
107.如此，可保证光学成像系统10的通光量，提高光学成像系统10的成像清晰度，从而提升光学成像系统10的成像品质。
108.在一些实施例中，光学成像系统10还包括滤光片irf，滤光片irf具有物侧面s11和像侧面s12，滤光片irf设置在第一透镜l1的像侧面s2和第二透镜l2的物侧面s3之间，滤光片irf可以为红外滤光片，以滤除例如可见光等其他波段的光线，而仅让红外光通过，以使光学成像系统10能够在昏暗的环境及其他特殊的应用场景下也能成像。可以理解地，滤光片irf的材质可为塑料，也可为玻璃。
109.第一实施例
110.请继续参见图1，本实施例中的光学成像系统10中，从物侧至像侧包括具有屈折力的第一透镜l1、光阑sto、具有屈折力的第二透镜l2、具有屈折力的第三透镜l3、具有屈折力的第四透镜l4、具有屈折力的第五透镜l5及滤光片irf。
111.第一透镜l1的物侧面s1在近光轴处为凹面，第一透镜l1的像侧面s2在近光轴处为凹面。第二透镜l2的物侧面s3和像侧面s4在近光轴处均为凸面。第三透镜l3的物侧面s5在近光轴处为凸面，第三透镜l3的像侧面s6在近光轴处为凹面。第四透镜l4的物侧面s7在近光轴处为凹面，第四透镜l4的像侧面s8在近光轴处为凸面。第五透镜l5的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜l5的像侧面s10在近光轴处为凹面。
112.当光学成像系统10用于成像时，被摄物obj发出或反射的光线从物侧方向进入光学成像系统10，并依次穿过第一透镜l1、光阑sto、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5及滤光片irf，最终汇聚到成像面ima上。
113.表1示出了本实施例的光学成像系统10的特性，f为光学成像系统10的有效焦距，fov为光学成像系统10的最大视场角，有效焦距、折射率及阿贝数的参考波长为550nm，曲率半径、厚度、净口径及机械半直径的单位均为毫米(mm)。
114.表1
[0115][0116]
表2
[0117][0118]
需要说明的是，光学成像系统10的第一透镜l1至第物透镜l5的物侧面和像侧面均为非球面，各非球面的表面对应的圆锥常数k和非球面系数如表2所示，对于这些非球面的表面，非球面表面的非球面方程为：
[0119][0120]
其中，z表示透镜面中与z轴平行的高度，r表示从顶点起的径向距离，c表示顶点处表面的曲率，k表示圆锥常数，k4、k6、k8、k10、k12、k14、k16分别表示4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶对应阶次的非球面系数。
[0121]
图2为本实施例中的光学成像系统10的模拟mtf对视场角性能数据图。其中，横坐标表示y场偏移角度，即光学系统100的视场相对于光轴所成的角度，单位为度；纵坐标表示otf系数；s1与t1表示空间频率为446lp/mm下的曲线，s2与t2表示空间频率为223lp/mm下的
曲线，s3与t3表示空间频率为112lp/mm；其中曲线s3与t3为较低频率下的曲线，能够反映光学系统100的反差特性，而曲线s1与t1为较高频率下的曲线，能够反映光学系统100的分辨率特性。
[0122]
图3由左至右依次为本实施例中光学成像系统10的场曲曲线图，其中由左至右波长依次为650nm、610nm、550nm、510nm、470nm，参考波长为550nm，由图3的曲线可得知，光学成像系统10弧矢场曲值及子午场曲值被控制在-0.1mm～0.1mm之间，透镜的制作更容易，降低制作成本；
[0123]
图4为本实施例中光学成像系统10的畸变曲线图，由图4的曲线可得知，光学成像系统10的畸变被控制在0～30％以内，即光学成像系统10所成图像的变形较小。
[0124]
由此，光学成像系统100反映模拟mtf上有良好的数值，光学成像系统10具备良好的成像性能。
[0125]
第二实施例
[0126]
请参见图5，本实施例中的光学成像系统10中，从物侧至像侧包括具有屈折力的第一透镜l1、光阑sto、具有屈折力的第二透镜l2、具有屈折力的第三透镜l3、具有屈折力的第四透镜l4、具有屈折力的第五透镜l5及滤光片irf。
[0127]
第一透镜l1的物侧面s1在近光轴处为平面，第一透镜l1的像侧面s2在近光轴处为凹面。第二透镜l2的物侧面s3和像侧面s4在近光轴处均为凸面。第三透镜l3的物侧面s5在近光轴处为凸面，第三透镜l3的像侧面s6在近光轴处为凹面。第四透镜l4的物侧面s7在近光轴处为凹面，第四透镜l4的像侧面s8在近光轴处为凸面。第五透镜l5的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜l5的像侧面s10在近光轴处为凹面。
[0128]
当光学成像系统10用于成像时，被摄物obj发出或反射的光线从物侧方向进入光学成像系统10，并依次穿过第一透镜l1、光阑sto、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5及滤光片irf，最终汇聚到成像面ima上。
[0129]
表3示出了本实施例的光学成像系统10的特性，f为光学成像系统10的有效焦距，fov为光学成像系统10的最大视场角，有效焦距、折射率及阿贝数的参考波长为550nm，曲率半径、厚度、净口径及机械半直径的单位均为毫米(mm)。
[0130]
表3
[0131][0132]
表4
[0133][0134]
图6为本实施例中的光学成像系统10的模拟mtf对视场角性能数据图。其中，横坐标表示y场偏移角度，即光学系统100的视场相对于光轴所成的角度，单位为度；纵坐标表示otf系数；s1与t1表示空间频率446lp/mm下的曲线，s2与t2表示空间频率为223lp/mm下的曲线，s3与t3表示空间频率为112lp/mm；其中曲线s3与t3为较低频率下的曲线，能够反映光学系统100的反差特性，而曲线s1与t1为较高频率下的曲线，能够反映光学系统100的分辨率特性。
[0135]
图7由左至右依次为本实施例中光学成像系统10的场曲曲线图，其中由左至右波长依次为650nm、610nm、550nm、510nm、470nm，参考波长为550nm，由图7的曲线可得知，光学成像系统10弧矢场曲值及子午场曲值被控制在-0.1mm～0.1mm之间，透镜的制作更容易，降低制作成本；
[0136]
图8为本实施例中光学成像系统10的畸变曲线图，由图8的曲线可得知，光学成像系统10的畸变被控制在0～30％以内，即光学成像系统10所成图像的变形较小。
[0137]
由此，光学成像系统100反映模拟mtf上有良好的数值，光学成像系统10具备良好的成像性能。
[0138]
第三实施例
[0139]
请参见图9，本实施例中的光学成像系统10中，从物侧至像侧包括具有屈折力的第一透镜l1、光阑sto、具有屈折力的第二透镜l2、具有屈折力的第三透镜l3、具有屈折力的第四透镜l4、具有屈折力的第五透镜l5及滤光片irf。
[0140]
第一透镜l1的物侧面s1在近光轴处为凹面，第一透镜l1的像侧面s2在近光轴处为凹面。第二透镜l2的物侧面s3和像侧面s4在近光轴处均为凸面。第三透镜l3的物侧面s5在近光轴处为凸面，第三透镜l3的像侧面s6在近光轴处为凹面。第四透镜l4的物侧面s7在近光轴处为凹面，第四透镜l4的像侧面s8在近光轴处为凸面。第五透镜l5的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜l5的像侧面s10在近光轴处为凹面。
[0141]
当光学成像系统10用于成像时，被摄物obj发出或反射的光线从物侧方向进入光学成像系统10，并依次穿过第一透镜l1、光阑sto、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5及滤光片irf，最终汇聚到成像面ima上。
[0142]
表5示出了本实施例的光学成像系统10的特性，f为光学成像系统10的有效焦距，fov为光学成像系统10的最大视场角，有效焦距、折射率及阿贝数的参考波长为550nm，曲率半径、厚度、净口径及机械半直径的单位均为毫米(mm)。
[0143]
表5
[0144][0145][0146]
表6
[0147][0148]
图10为本实施例中的光学成像系统10的模拟mtf对视场角性能数据图。其中，横坐标表示y场偏移角度，即光学系统100的视场相对于光轴所成的角度，单位为度；纵坐标表示otf系数；s1与t1表示空间频率为446lp/mm下的曲线，s2与t2表示空间频率为223lp/mm下的曲线，s3与t3表示空间频率为112lp/mm；其中曲线s3与t3为较低频率下的曲线，能够反映光学系统100的反差特性，而曲线s1与t1为较高频率下的曲线，能够反映光学系统100的分辨率特性。
[0149]
图11由左至右依次为本实施例中光学成像系统10的场曲曲线图，其中由左至右波长依次为650nm、610nm、550nm、510nm、470nm，参考波长为550nm，由图11的曲线可得知，光学成像系统10弧矢场曲值及子午场曲值被控制在-0.1mm～0.1mm之间，透镜的制作更容易，降低制作成本；
[0150]
图12为本实施例中光学成像系统10的畸变曲线图，由图12的曲线可得知，光学成像系统10的畸变被控制在0～30％以内，即光学成像系统10所成图像的变形较小。
[0151]
由此，光学成像系统100反映模拟mtf上有良好的数值，光学成像系统10具备良好的成像性能。
[0152]
表7示出了第一实施例至第三实施例的光学成像系统中fov/cra、tl5/v5、imgh/epd、fov/ttl、fov/tl5、ttl/imgh、|rs7 rs8|/|rs7-rs8|、(v2 v3 v5)/(v1 v4)、fov/f、vd1-vd2、fno的值。
[0153]
表7
[0154]
表达式fov/cratl5/v5imgh/epdfov/ttl第一实施例3.8410.0233.64825.05第二实施例3.6460.0653.67915.288第三实施例5.8820.0813.14827.439表达式fov/tl5ttl/imgh|rs7 rs8|/|rs7-rs8|(v2 v3 v5)/(v1 v4)第一实施例99.2131.6492.7291.183第二实施例85.8912.6762.4190.885第三实施例71.1291.3842.5960.902表达式fov/fvd1-vd2fno 第一实施例6302.39 第二实施例62.71402.44 第三实施例53.5680.12.23 [0155]
请参见图13，本技术实施例的光学成像系统10可应用于本技术实施例的取像模组
100。取像模组100包括感光元件20及上述任一实施例的光学成像系统10。感光元件20设置在光学成像系统10的像侧。
[0156]
感光元件20可以采用互补金属氧化物半导体(mmos，complementary metal oxidesemiconductor)影像感测器或者电荷耦合元件(ccd，charge-coupled device)。
[0157]
上述取像模组100中的光学成像系统10为五片式透镜组，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统10具备较小的总长，且尺寸较小，有利于实现微型化，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。
[0158]
请参见图14，本技术实施例的取像模组100可应用于本技术实施例的电子装置200。电子装置200包括壳体210及取像模组100，取像模组100安装在壳体210上。
[0159]
本技术实施例的电子装置200包括但不限于为行车记录仪、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(pmp)、便携电话机、视频电话机、数码静物相机、移动医疗装置、可穿戴式设备、智能门铃侦测装置，智慧家电侦测装置等支持成像的电子装置。
[0160]
上述电子装置200中的光学成像系统10为五片式透镜组，通过各透镜的面型设置，可使得光学成像系统10具备较小的总长，且尺寸较小，有利于实现微型化，同时，还具备较广的视角，畸变较小，成像质量较高。
[0161]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本技术技术方案的精神和范围。