CN104136943A - 透镜、复合透镜、更换镜头以及摄像装置 - Google Patents

透镜、复合透镜、更换镜头以及摄像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种包含复合材料的新型透镜，所述复合材料使用了具有规定的反常色散性的基体材料。本发明为一种透镜，其包含含有树脂和无机微粒的复合材料，其中，所述树脂包含具有式(I)所表示的(甲基)丙烯酰基的脂肪族化合物的聚合固化物(式中的记号如说明书中所述)。

Description

透镜、复合透镜、更换镜头以及摄像装置
技术领域
本发明涉及使用了在树脂基体中分散有无机微粒的复合材料的透镜。本发明还涉及具备前述透镜的复合透镜。本发明还涉及具备前述透镜或前述复合透镜的更换镜头以及摄像装置。
背景技术
为了扩大光学特性的范围，已知有在树脂等基体材料中分散了无机微粒的光学材料。以下，将这种构成的材料称为复合材料。
还已知有使用这种复合材料来实现规定的反常色散性的技术。
例如，在专利文献1中公开了一种含有1～30质量％锑掺杂氧化锡粒子、65质量％以上且小于98质量％的1分子中具有1个以上聚合性官能团的有机化合物、和0.1～5质量％聚合引发剂的材料组合物以及使用该组合物的光学元件。作为1分子中具有1个以上聚合性官能团的有机化合物，专利文献1中公开了(甲基)丙烯酸酯化合物。
专利文献1通过使用锑掺杂氧化锡粒子而对复合材料赋予低的反常色散性。
在复合材料中，通过选择基体材料和无机微粒的种类、调整无机微粒的配合量，从而可以控制各种光学特性。也就是说，通过选择基体材料的种类，可以控制光学特性。
为了使透镜所要求的光学特性达到较宽的范围，控制透镜的反常色散性的技术在光学领域中非常有用，因此期望开发一种含有使用了具有规定的反常色散性的基体材料的复合材料的透镜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－6536号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明目的在于，提供一种包含复合材料的新型透镜，所述复合材料使用了具有规定的反常色散性的基体材料。
用于解决问题的方法
解决上述问题的透镜，包含含有树脂和无机微粒的复合材料。前述树脂包含具有式(I)所表示的(甲基)丙烯酰基的脂肪族化合物的聚合固化物。
[化1]
(式中，n为2以上的整数，R1表示氢原子或甲基，R2表示脂肪族基团，构成R2的原子中氢以外的原子的数量相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个，另外R2相对于每1个(甲基)丙烯酰基而含有至少1个选自氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基中的至少1种基团。)
发明效果
根据上述透镜，可以实现使用了具有规定的反常色散性的基体材料的新型透镜。
附图说明
图1是表示实施方式1的透镜的概略剖面图。
图2是实施方式1的透镜的剖面的部分放大图。
图3是表示实施方式2的复合透镜的概略剖面图。
图4是表示实施方式2的复合透镜的制造工序的概略图。
图5是表示实施方式3的更换镜头与实施方式4的摄像装置的概略图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式是透镜，其包含含有树脂和无机微粒的复合材料，其中，
前述树脂包含具有式(I)所表示的(甲基)丙烯酰基的脂肪族化合物的聚合固化物。
[化2]
(式中，n为2以上的整数，R1表示氢原子或甲基，R2表示脂肪族基团，构成R2的原子中氢以外的原子的数量相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个，另外R2相对于每1个(甲基)丙烯酰基而含有至少1个选自氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基中的至少1种基团。)
本发明的另一个实施方式是复合透镜，其具备用作基材的第1透镜、和层叠于前述第1透镜且含有树脂的第2透镜，其中，
前述第2透镜为上述透镜。
本发明的另一个实施方式是可装卸于摄像装置的更换镜头，其具备上述透镜或复合透镜。
本发明的另一个实施方式是摄像装置，其具备上述透镜或复合透镜。
以下，列举特定的实施方式详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施方式，在不脱离本发明技术范围的范围中，可以适当进行变更来实施。
＜实施方式1＞
以下，参照附图对实施方式1的透镜1进行说明。
[1.透镜]
图1是具有本实施方式所涉及的折射率分布的透镜1的概略剖面图。透镜1是由光学部2构成的圆盘状的部件。透镜1是两面凸形的透镜。
透镜1具备第1光学面3、第2光学面4和外周面5。第1光学面3与第2光学面4在光轴X方向上相对向。
外周面5是连接第1光学面3的端部与第2光学面4的端部的面。外周面5是透镜1的侧面。
透镜1的外径由外周面5限定。在本实施方式中，外径例如为10～100mm。
[2.复合材料]
图2是用于说明透镜1的部分放大剖面图。
如图2所示，透镜1由复合材料35形成。复合材料35由作为基体材料的树脂31和无机微粒32构成。
在本实施方式中，无机微粒32使用折射率高于树脂的材料。通过调整无机微粒的材料、粒径、数量等，可以调整在树脂中分散有无机微粒的复合材料的折射率。
无机微粒32可以是凝聚粒子、非凝聚粒子的任一种，一般来说，其通过包含一次粒子32a、和多个一次粒子32a凝聚而成的二次粒子32b而构成。对于无机微粒32的分散状态而言，由于只要在基体材料中存在无机微粒就可以得到效果，因此其没有特别限制，优选无机微粒32均匀地分散在树脂31中。此处，所谓“无机微粒32均匀地分散在树脂31中”，是指无机微粒32的一次粒子32a和二次粒子32b没有偏向存在于复合材料35内的特定位置而实质上均匀地分散。作为光学材料，为了控制透光性，优选具有良好的粒子分散性。因此，无机微粒32优选仅由一次粒子32a构成。
为了确保分散有无机微粒32的复合材料35的透光性，无机微粒35的粒径变得重要。当无机微粒32的粒径充分小于光的波长时，可以将分散有无机微粒32的复合材料35视为折射率无偏差的均质介质。因此，无机微粒32的最大粒径优选为可见光波长以下的大小。例如，由于可见光为400nm以上且700nm以下范围的波长，因此无机微粒32的最大粒径优选为400nm以下。需要说明的是，无机微粒32的最大粒径例如可以通过拍摄无机微粒32的扫描型电子显微镜(SEM)照片，并测定最大的无机微粒32的粒径(在二次粒子的情况下为二次粒径)而求出。
当无机微粒32的粒径大于光波长的1/4时，可能会因瑞利散射而损害透光性。因此，为了在可见光区域中实现高透光性，无机微粒32的中心粒径(中值粒径：d50)优选为100nm以下。但是，如果无机微粒的粒径小于1nm，则在无机微粒由表现出量子效果的材质形成时，有时会产生荧光，有时这会对使用复合材料35形成的光学部件的特性产生影响。从以上观点考虑，无机微粒的中心粒径优选在1nm以上且100nm以下的范围内，更优选在1nm以上且50nm以下的范围内。特别是通过使无机微粒32的粒径为20nm以下，从而瑞利散射的影响变得非常小，复合材料35的透光性变得特别高，因此更加优选。需要说明的是，无机微粒32的中心粒径例如可以通过拍摄无机微粒的扫描型电子显微镜(SEM)照片，并对200个以上的无机微粒测定其粒径(在二次粒子的情况下为二次粒径)而求出。
[3.无机微粒]
作为无机微粒32的材料，可以列举金属元素的氧化物、氟化物。作为金属元素的氧化物的例子，可以列举氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化钇、钛酸钡、氧化铕、氧化镁、氧化铌、氧化钽、氧化钨、氧化铪、氧化铟、磷酸铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铈、硫酸钡、氧化钆、氧化镧等。氧化硅还包括多孔氧化硅这样的在内部形成空隙的氧化硅。作为氟化物的例子，可以列举氟化镁、氟化铈、氟化镧、氟化铌、氟化钇等。但是，无机微粒32的材料当然不限定于这些。
对于这些无机微粒32的折射率而言，根据材料的不同，折射率也不同。因此，根据材料，有折射率高于树脂31的无机微粒，也有折射率低于树脂31的无机微粒。只要根据透镜1所要求的光学特性，灵活地使用适当材料即可。
[4.树脂材料]
在本实施方式中，作为基体材料的树脂包含具有式(I)所表示的(甲基)丙烯酰基的脂肪族化合物(以下，称为脂肪族化合物(I))的聚合固化物。
[化3]
在上述式中，n为2以上的整数，优选为2或3，R1表示氢原子或甲基，R2表示脂肪族基团，构成R2的原子中氢以外的原子的数量相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个，另外R2相对于每1个(甲基)丙烯酰基而含有至少1个选自氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基中的至少1种基团。多个R1可以相同，也可以不同。R2至少包含碳原子、氧原子、氢原子，并且也可以包含其他原子(例如，氮原子)。R2优选通过氧原子与(甲基)丙烯酰基键合。
树脂通过包含脂肪族化合物(I)的聚合固化物，而可以显示出较小的正反常色散性或负反常色散性。此处，反常色散性通过对应于各个材料的阿贝数νd的正常色散玻璃在校准曲线(標準線)上的点与该材料的部分色散比Pg,F的偏差ΔPg,F表示。部分色散比Pg,F是由下述数学式(1)定义的数值。在数学式(1)中，ng、nF、nC分别为g线(波长435.8nm)、F线(波长486nm)和C线(波长656nm)的折射率。
Pg,F＝(ng－nF)/(nF－nC)…(1)
在本实施方式中，如果以ΔPg,F表示，则树脂可以具有小于0.03的值。一般来说，使(甲基)丙烯酸酯化合物聚合固化了的树脂，如后述的比较例所示，具有0.03以上的ΔPg,F。因此，本实施方式中的树脂显示出小于以往的(甲基)丙烯酸酯树脂的正反常色散性或负反常色散性，因此通过与无机微粒组合使用，可以扩大透镜的反常色散性的范围，特别是与以往的(甲基)丙烯酸酯树脂相比，如果采用使脂肪族化合物(I)聚合固化的树脂，则在得到负反常色散性大的透镜时是有利的。
作为本实施方式中使用的树脂可以实现小于0.03的ΔPg,F的理由，可以认为是不具有折射率高的芳香族结构，并且含有多个氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基(相对于每1个(甲基)丙烯酰基为1个以上)所作出的贡献。但是，当脂肪族化合物(I)的(甲基)丙烯酰基以外的分子链的长度过短以及过长时，容易产生光的散射，光的透过率下降。因此，构成R2的氢以外的原子的数量相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个。
作为脂肪族化合物(I)的优选例子，可以列举式(II)所表示的化合物、式(III)所表示的化合物、和式(IV)所表示的化合物。它们可以单独使用，或者将2种以上组合使用。
[化4]
[化5]
[化6]
在上述式中，R1与上述R1同义，R3、R4、R5和R6各自独立地表示－CH2CH2－、－CH2CH2CH2－、－CH2CH(CH3)－或－CH(CH3)CH2－。m、p、q、r、s、t和u各自独立地为整数，构成R2的氢以外的原子的数量可以选择为相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个。
R3、R4、R5和R6分别可以含有－CH2CH2－、－CH2CH2CH2－、－CH2CH(CH3)－、和－CH(CH3)CH2－中的2种以上基团，这些基团的排列顺序可以是任意的。
作为上述化合物的具体例子，作为式(II)所表示的化合物，可以列举R1为氢原子，R3为－CH2CH2－，m为3～12的化合物；R1为氢原子，R3为－CH2CH(CH3)－或－CH(CH3)CH2－，m为2～9的化合物。作为式(III)所表示的化合物，可以列举R1为氢原子，R4、R5和R6为－CH2CH2－，p+q+r为3～15的化合物。作为式(IV)所表示的化合物，可以列举R1为氢原子，s+t+u为0～3，特别为0～1的化合物。
此外，根据本实施方式的树脂，对于树脂的折射率nd和阿贝数νd来说，还可以得到满足1.45＜nd＜1.55，并且45＜νd＜55的光学特性。
需要说明的是，只要可以得到本发明的效果，则树脂还可以含有抗氧化剂、紫外线吸收剂、脱模剂、导电剂、抗静电剂、表面活性剂、热稳定剂等添加剂。
另外，在树脂中也可以残留有使脂肪族化合物(I)固化时的聚合引发剂。
[5.制造方法]
透镜1例如可以通过下述方法制造：制备使无机微粒分散于脂肪族化合物(I)的混合物，向具有对应于透镜的形状的透镜模具中填充该混合物，使前述脂肪族化合物聚合固化。
聚合固化的方法没有特别限制，可以通过热聚合而固化，也可以通过能量射线聚合而固化。
为了使聚合固化容易地进行，混合物优选含有聚合引发剂。
作为具体的方法，例如，可以制备将脂肪族化合物(I)、能量射线聚合型聚合引发剂、和无机微粒均匀混合的混合物，将其填充到玻璃制的透明的透镜模具中，照射能量射线(例如，紫外线)使脂肪族化合物(I)聚合固化，从而制造透镜1。作为能量射线聚合型的聚合引发剂，优选分子量为150以上且2000以下的羟基酮化合物。
＜实施方式2＞
接着，使用附图对实施方式2的复合透镜40进行说明。
图3是表示复合透镜40的概略剖面图。复合透镜40具备由玻璃材料构成的用作基材的第1透镜41、和由复合材料35构成的第2透镜42。第2透镜42层叠在第1透镜41的光学面上。
作为第2透镜42，可以使用上述实施方式1中说明的透镜1(其中一个光学面为凹形)。
接着，使用图4对复合透镜40的制造方法进行说明。此处，构成复合材料35的树脂是脂肪族化合物(I)通过紫外线得到的聚合固化物。
图4是表示复合透镜40的制造工序的概略图。
首先，将第1透镜41成形。第1透镜41使用透镜研磨、注射成形、压制成形等公知的制造方法进行成形。
接着，如图4(a)所示，使用分配器50，向成形模具51的成形面上喷出将脂肪族化合物(I)、能量射线聚合型聚合引发剂和无机微粒均匀混合而得的混合物52(复合材料35的原料)。
接着，如图4(b)所示，从混合物52的上方放置第1透镜41，使混合物52扩散至达到规定的厚度。
然后，如图4(c)所示，通过光源53从第1透镜41的上方照射能量射线(例如，紫外线)，从而使混合物52固化，形成第2透镜42。
＜实施方式3和4＞
接着，参照附图同时对实施方式3的更换镜头120以及实施方式4的摄像装置(相机100)进行说明。图5表示相机100的概略图。
相机100具备相机本体110、和安装在该相机本体110上的更换镜头120。相机100是摄像装置的一个例子。
相机本体110具有摄像元件130。
更换镜头120构成为能够在相机本体110上安装拆卸。更换镜头120例如为望远变焦镜头。更换镜头120具有用于使光束聚焦在相机本体120的摄像元件130上的成像光学系统140。成像光学系统140由上述透镜1和折射型透镜150、160构成。
作为更换镜头120和相机100的变形例，可以使用上述复合透镜40代替上述透镜1。
此外，作为相机100的变形例而可以具有如下构成：相机具有相机本体部、和未构成为能够与相机本体部分离的镜头部，镜头部包含上述透镜1或上述复合透镜40。
实施例
以下，列举实施例和比较例对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于该实施例。表1是汇总了实施例和比较例的内容的表。
[表1]
基团数* 原子数** 聚合引发剂 折射率nd 阿贝数 ΔPg.F
实施例1 3.5 14.5 Irgacure184 1.47709 52.5 -0.0418
实施例2 3 11 Irgacure184 1.50267 51.3 -0.035
实施例3 1 4.5 Irgacure184 1.47700 52.3 +0.0244
实施例4 6 18.5 Irgacure184 1.48774 56.2 +0.023
实施例5 1.33 8.66 Irgacure184 1.5129 53.4 -0.0028
实施例6 3.5 14.5 ESACURE KIP150 1.47755 52.0 -0.0405
比较例1 6 24.5 Irgacure184 1.46879 56.2 +0.0772
比较例2 1.5 13 Irgacure184 1.5732 30.2 +0.0635
比较例3 0 5.5 Irgacure184 1.501 55.0 +0.0502
比较例4 0 7 Irgacure184 1.53464 51.7 +0.03
*丙烯酰基问的基团中相对于每1个丙烯酰基的氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基的数量
**丙烯酰基间的基团中相对于每1个丙烯酰基的氢以外的原子的数量
＜实施例1＞
使用UV照射装置(SP-9，Ushio公司制)对由97wt％化学式(1)所表示的脂肪族丙烯酸酯和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制；1-羟基环己基苯基甲酮(1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone)，分子量204)形成的树脂A照射紫外线(80mw/cm2·90sec)，制作厚度为100μm的光学特性评价用的测定试样。使用棱镜耦合器(MODEL2010，Metricon公司制)测定所得的测定试样的光学特性(折射率、阿贝数、ΔPg，F)。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示负反常色散性的树脂材料。
另外，向树脂A中添加20wt％的ZrO2微粒(直径10nm)，制作复合材料。与上述同样地测定ΔPg,F，结果ΔPg,F为－0.045，确认了该复合材料能够用于透镜。
[化7]
＜实施例2＞
制作由97wt％化学式(2)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂B，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示负反常色散性的树脂材料。由此可知，使用树脂B，能够制作包含基体材料显示负反常色散性的复合材料的透镜。
[化8]
＜实施例3＞
制作由97wt％化学式(3)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂C，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示正的较小反常色散(ΔPg,F＜0.03)的树脂材料。由此可知，使用树脂C，能够制作包含基体材料显示正的较小反常色散性的复合材料的透镜。
[化9]
＜实施例4＞
制作由97wt％化学式(4)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂D，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示正的较小反常色散(ΔPg,F＜0.03)的树脂材料。
另外，向树脂D中添加20wt％ZrO2微粒(直径10nm)，制作复合材料。与上述同样地测定ΔPg,F，结果ΔPg,F为0.015，确认了该复合材料能够用于透镜。
[化10]
＜实施例5＞
制作由97wt％化学式(5)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂E，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示负反常色散性的树脂材料。由此可知，使用树脂E，能够制作包含基体材料显示负反常色散性的复合材料的透镜。
[化11]
＜实施例6＞
在实施例1中，将聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)改变为聚合引发剂(ESACURE KIP150，Lamberti公司制；低聚[2－羟基－2－甲基－1－[4－(1－甲基乙烯基)苯基]丙酮](Oligo[2－hydroxy－2－methyl－1－[4－(1－methylvinyl)phenyl]propanone])，分子量550(重量平均))，除此以外，与实施例1同样地制作树脂F，评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，可以得到显示负反常色散性的树脂材料。由此可知，使用树脂F，能够制作基体材料显示负反常色散性的复合材料的透镜。
＜比较例1＞
制作由97wt％化学式(6)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂G，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，如果丙烯酰基间的基团中相对于每1个丙烯酰基的氢以外的原子数量过多，则表示树脂的反常色散性的ΔPg,F得到了较大的正值(ΔPg,F≥0.03)。
[化12]
＜比较例2＞
制作由97wt％化学式(7)所表示的芳香族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂H，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，在使用芳香族丙烯酸酯时，表示树脂的反常色散性的ΔPg,F得到了较大的正值(ΔPg,F≥0.03)。
[化13]
＜比较例3＞
制作由97wt％化学式(8)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂I，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，对于不具有氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基的脂肪族丙烯酸酯来说，表示树脂的反常色散性的ΔPg,F得到了较大的正值(ΔPg,F≥0.03)。
[化14]
＜比较例4＞
制作由97wt％化学式(9)所表示的脂肪族丙烯酸酯、和3wt％聚合引发剂(Irgacure184，BASF公司制)形成的树脂J，与实施例1同样地评价光学特性。结果示于表1。由表1可知，对于不具有氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基的脂肪族丙烯酸酯来说，表示树脂的反常色散性的ΔPg,F得到了较大的正值(ΔPg,F≥0.03)。
[化15]
产业上的可利用性
本发明的透镜以及复合透镜，可以适当地用于摄像装置、摄像装置的更换镜头、DVD光学体系等。

Claims (10)

1.一种透镜，其包含含有树脂和无机微粒的复合材料，其中，
所述树脂包含具有式(I)所表示的(甲基)丙烯酰基的脂肪族化合物的聚合固化物，
式中，n为2以上的整数，R1表示氢原子或甲基，R2表示脂肪族基团，构成R2的原子中氢以外的原子的数量相对于每1个(甲基)丙烯酰基为4.5～18.5个，另外R2相对于每1个(甲基)丙烯酰基而含有至少1个选自氧亚乙基、氧亚丙基和氧亚异丙基中的至少1种基团。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中，表示所述树脂的反常色散性的ΔPg,F小于0.03。
3.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述脂肪族化合物为选自式(II)所表示的化合物、式(III)所表示的化合物和式(IV)所表示的化合物中的至少1种化合物，
R1与上述R1同义，R3、R4、R5和R6各自独立地表示－CH2CH2－、－CH2CH2CH2－、－CH2CH(CH3)－或－CH(CH3)CH2－，m、p、q、r、s、t和u各自独立地为整数。
4.根据权利要求1所述的透镜，其中，在将所述树脂的折射率设为nd、将阿贝数设为νd时，满足1.45＜nd＜1.55，并且45＜νd＜55。
5.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述聚合固化物是使用分子量为150以上且2000以下的羟基酮化合物作为聚合引发剂进行固化而得的。
6.一种复合透镜，其具备用作基材的第1透镜、和层叠于所述第1透镜且含有树脂的第2透镜，其中，
所述第2透镜为权利要求1所述的透镜。
7.一种可装卸于摄像装置的更换镜头，其具备权利要求1所述的透镜。
8.一种可装卸于摄像装置的更换镜头，其具备权利要求6所述的复合透镜。
9.一种摄像装置，其具备权利要求1所述的透镜。
10.一种摄像装置，其具备权利要求6所述的复合透镜。
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