光学系统、摄像模组和电子设备的制作方法

本发明属于光学成像，尤其涉及一种光学系统、摄像模组和电子设备。

背景技术：

1、近年来，应用于车辆的光学系统集中于发展人脸识别功能，如在人机交互方面通过人脸识别功能实现车辆门锁系统的锁定和解锁、驾驶员疲劳检测等。搭载飞行时间(tof，time of flight)技术的光学系统可以捕捉驾驶员上半身的图像，驾驶员通过多种手势、动作可以发出不同的指令，并由光学系统传递至车辆控制系统实现不同的功能。同时，光学系统还可以通过对驾驶舱内状况的实时监测，提高驾驶过程中的安全性。

2、随着光学器件小型化的趋势和驾驶舱内空间的有限性，需要一款体积较小的光学系统，并在相对光学系统范围较为宽泛的驾驶舱内实现全面的信息捕捉，在驾驶舱内较为昏暗的环境下具备捕捉物体细节的能力，达到准确且实时的识别驾驶员动作和姿态的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光学系统、摄像模组和电子设备，解决车载光学系统需要具备小型化、较大视场角和大光圈的问题。

2、为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种光学系统，共有五片具有屈折力的透镜，沿着光轴由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有负屈折力，所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；第二透镜，具有负屈折力，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，具有屈折力，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，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。

4、所述光学系统满足关系式：80deg≤fov≤90deg，1.35≤fno≤1.5；其中，fov为所述光学系统的最大视场角，fno为所述光学系统的光圈数。

5、通过使第一透镜具有负屈折力，且第一透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面，有利于增大光线的入射角度，扩大光学系统的视场角，增加通光量；通过使第二透镜具有负屈折力，且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，有利于光线的平缓射入，使光线不至于弯折过大，有效降低光学系统的场曲、像散，且光线的小角度偏折，有利于实现大光圈效果；通过使第三透镜具有正屈折力，且第三透镜的物侧面和像侧面于近光轴处均为凸面，有利于收缩光线，为边缘光线提供合理的入射角，降低边缘像差并减小鬼像风险，同时，还可以缩短光学系统于光轴上的长度，有利于实现光学系统的小型化；通过使第四透镜具备屈折力，且第四透镜的物侧面于近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面于近光轴处为凹面，可以校正入射光线经过第一透镜至第三透镜所产生的畸变、像散及场曲，进而得到高品质成像；通过使第五透镜具有正屈折力，有利于进一步汇聚光线，有效缩短光学系统的总长，实现光学系统的小型化，同时矫正光学系统的像散和像差，提升光学系统的成像质量。

6、通过使光学系统满足关系式：80deg≤fov≤90deg，使得光学系统的最大视场角被控制在一个合理的范围内，能避免引入过量像差，有利于光学系统在获得充足视野的同时满足实现小型化的特性。

7、通过使光学系统满足关系式：1.35≤fno≤1.5，配合上述光学系统最大视场角的范围，有利于光学系统的光圈数维持在合理范围内，实现光学系统具备较大视场角和大光圈的组合效果，光学系统拥有合理的进光量，提升成像画面的整体照度，使光学系统适用于不同的光照环境。

8、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.7<ct1/sag11<1.4；其中，ct1为所述第一透镜于光轴上的厚度，sag11为所述第一透镜的物侧面最大有效口径处的矢高。通过使光学系统满足上述关系式，使得第一透镜于光轴上的厚度和第一透镜的物侧面最大有效口径处的矢高的比值得到合理配置，避免第一透镜的厚度过大或者第一透镜物侧面过于弯曲，降低了第一透镜的加工难度，减少了第一透镜的生产成本；同时，还有利于减小第一透镜产生的边缘像差，提升光学系统的成像质量。低于关系式下限，第一透镜的物侧面过于弯曲，第一透镜的加工难度大，容易产生边缘像差，降低光学系统的成像质量；超过关系式上限，第一透镜的厚度过大，难以实现光学系统小型化的特性。

9、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-1.4<f12/f345<-1；其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合有效焦距，f345为所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的组合有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于降低光学系统的设计敏感度，使得光学系统中各个透镜的屈折力得到合理配置，提升光学系统的成像质量；同时，还有利于减小光线经透镜组折转后的射出光学系统的角度，进而减小光线射入光学系统像侧感光元件的入射角度，提升感光元件的感光性能，提高光学系统的成像质量。

10、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：6.6mm<ttl/fno<7.5mm；其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，fno为所述光学系统的光圈数。通过使光学系统满足上述关系式，有利于光学系统的光学总长和光圈数的比值得到合理配置，实现大光圈的效果。低于关系式下限，光学系统的光圈数较大，光学系统的进光量不足，光学系统成像画面的照度降低，影响成像质量；超过关系式上限，光学系统的光学总长增加，不利于实现小型化的特性。

11、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：5<ttl/at45<12；其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离，at45为所述第四透镜的像侧面至所述第五透镜的物侧面于光轴上的距离。通过使光学系统满足上述关系式，使得光学系统的光学总长与第四透镜和第五透镜在光轴上的间隔距离的比值得到合理配置，有利于降低光线在第五透镜物侧面的入射角度，进而降低第五透镜的敏感度，提升第五透镜的制造良率。低于关系式下限，第五透镜的敏感度提升，第五透镜的制造难度增加；超过关系式上限，光学系统的光学总长增加，不利于实现小型化的特性。

12、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：-2.9<f1/sd11<-2.1；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，sd11为所述第一透镜的物侧面的最大有效口径的一半。通过使光学系统满足上述关系式，使得光学系统的有效焦距和第一透镜的物侧面的最大有效口径的比值得到合理配置，即光学系统的相对进光量保持在合理范围内，在满足第一透镜的口径较小的情况下，实现较大的入瞳口径，提升光学系统的进光量和成像品质，使得光学系统更加适合光线较暗的场景下的应用。低于上述关系式，光学系统的进光量增加，但是第一透镜的口径较大，不利于实现小型化；超过上述关系式，第一透镜的口径较小，有利于实现小型化，但是光学系统的进光量减小，不符合较大进光量的需求，难以实现光线较暗的场景下的使用。

13、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：100deg<(fov*f)/imgh<105deg；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对应像高的一半。通过使光学系统满足上述关系式，有利于具备较大视场角的同时，实现大像高的效果，从而有利于和较大尺寸的感光芯片匹配，并提升光学系统的成像质量。低于关系式下限，光学系统的最大视场角过小，无法实现较大视场角的特性；超过关系式上限，光学系统的最大视场角对应的像高过小，难以和大尺寸的感光芯片匹配，且容易导致主光线入射角过大，进而产生暗角，降低成像质量。

14、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：3<|r51/ct5|<7.6；其中，r51为所述第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，ct5为所述第五透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，使得第五透镜的物侧面于光轴处的曲率半径和第五透镜于光轴上的厚度的比值得到合理配置，降低第五透镜的敏感度，进而降低第五透镜的加工制造难度。

15、一种实施方式中，所述光学系统满足关系式：0.7≤|r31/(r32*ct3)|≤4；其中，r31为所述第三透镜的物侧面于光轴处的曲率半径，r32为所述第三透镜的像侧面于光轴处的曲率半径，ct3为所述第三透镜于光轴上的厚度。通过使光学系统满足上述关系式，有利于控制第三透镜的形状，降低第三透镜的加工难度，综合平衡光学系统的球差、色差和场曲，提高光学系统的成像质量。

16、一种实施方式中，光学系统满足关系式：-2.5<f1/f<-2；其中，f1为第一透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于第一透镜在光学系统中的屈折力配合得当，第一透镜的面型设计更加简单灵活，使得第一透镜能够支持较大的视场角和大光圈；同时，还有利于汇聚从第一透镜入射至光学系统的光线，延缓光线的入射角度，减小像差，简化光学系统整体的像差校正和成像质量的平衡。

17、一种实施方式中，光学系统满足关系式：-10<f2/f<-3；其中，f2为第二透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于第二透镜在光学系统中的屈折力配合得当，第二透镜的面型设计更加简单灵活，减小像差，简化光学系统整体的像差校正和成像质量的平衡。

18、一种实施方式中，光学系统满足关系式：1.4<f3/f<1.8；其中，f3为第三透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于第三透镜在光学系统中的屈折力配合得当，第三透镜的面型设计更加简单灵活，减小像差，简化光学系统整体的像差校正和成像质量的平衡。

19、一种实施方式中，光学系统满足关系式：3<|f4/f|<20；其中，f4为第四透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于第四透镜在光学系统中的屈折力配合得当，第四透镜的面型设计更加简单灵活，减小像差，简化光学系统整体的像差校正和成像质量的平衡。

20、一种实施方式中，光学系统满足关系式：1<f5/f<3；其中，f5为第五透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。通过使光学系统满足上述关系式，有利于第五透镜在光学系统中的屈折力配合得当，第五透镜的面型设计更加简单灵活，减小像差，简化光学系统整体的像差校正和成像质量的平衡。

21、第二方面，本发明还提供了一种摄像模组，该摄像模组包括感光芯片和第一方面任一项实施方式所述的光学系统，所述感光芯片设置在所述光学系统的像侧。其中，感光芯片的感光面位于光学系统的成像面，穿过透镜入射到感光面上的物的光线可转换成图像的电信号。感光芯片可以为互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，cmos)或电荷耦合器件(charge-coupled device，ccd)。该摄像模组可以是集成在电子设备上的成像模块，也可以是独立镜头。通过在摄像模组中加入本发明提供的光学系统，能够通过对光学系统中各透镜的面型和屈折力进行合理的设计，使得摄像模组具有小型化、较大视场角和大光圈的特点。

22、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括壳体和第二方面所述的摄像模组，所述摄像模组设置在所述壳体内。该电子设备包括但不限于汽车、监控设备、智能手机、电脑和智能手表等。通过在电子设备中加入本发明提供的摄像模组，使得电子设备具有小型化、较大视场角和大光圈的特点。