CN108931828A - 光学元件和光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学元件，其包括光学有效面和非光学有效面，在非光学有效面上形成有遮光涂膜。非光学有效面包括倒圆角的凹形阶梯拐角段，遮光涂膜形成在整个凹形阶梯拐角段上，遮光涂膜具有凸起区域，该凸起区域靠近使得所述凹形阶梯拐角段的一个平面连接至倒圆角的位置。因此，抑制了阶梯形状的非光学有效面的膜破裂，并且提供了一种可靠的光学元件。本发明还涉及一种光学设备以及一种用于制造光学元件的方法。

Description

光学元件和光学设备

技术领域

本发明涉及在非光学有效面上配备有遮光涂膜的光学元件以及具有该光学元件的光学设备。

背景技术

诸如相机这样的光学设备使用透镜作为光学元件。射入这样的透镜的光中的大部分从相反侧的表面射出，并且成为有效光束(成像光束)，但是一部分的光被透镜的外周表面(边缘表面)向内部反射而成为有害的光并且由此造成图像质量下降。

因此，在组合地使用大量透镜的诸如相机这样的光学设备中，透镜的边缘表面覆盖有遮光涂膜以防止反射，从而使得图像质量不会因内部反射而下降。

边缘表面并不总是仅由与光轴方向平行的表面构成，并且可以与垂直于光轴方向的表面组合地构成，形成了阶梯。以这种方式形成阶梯的形状被称为阶梯形状。

阶梯形状有时可以设置有倒圆角，其中阶梯的拐角段被倒圆。当沿着包括光轴的平面切割透镜(该透镜的阶梯形状的边缘表面设置有这样的倒圆角)时，在所得到的截面中，表示边缘表面的线由对应于倒圆角的曲线和对应于平坦部分的线段的组合构成。

通常，通过研磨将边缘表面形成为期望的形状，并且通过将热固性遮光涂料施加至边缘表面并烘干遮光涂料来形成设置在边缘表面上的遮光涂膜。

设置在边缘表面上的遮光涂膜不仅需要具有优异的遮光性能和防反射性能，而且还要保证在高温高湿环境中的一定程度的耐久性以及在将透镜装入镜筒时的一定程度的位置精度。

日本专利申请特开JPH06-235853公开了一种用于通过降低镜筒的弹性模量(增加柔性)并且由此将透镜装入镜筒中以使镜筒的内部形状遵循透镜的外部形状从而增加位置精度的技术。另外，日本专利申请特开JP2007-183444公开了一种通过增加遮光涂膜(防内部反射层，其使用柔性粘合剂作为用于遮光涂膜的基材)的柔性来防止遮光涂膜分离的技术。

由于日本专利申请特开JPH06-235853中公开的技术旨在通过使镜筒遵循透镜的外部形状来保证位置精度，因此在一定程度上，遮光涂膜需要具有高弹性模量。但是，如果使用热固性遮光涂料来形成遮光涂膜，则在烘干后恢复到室温时，遮光涂膜收缩，但透镜几乎不收缩。因此，在遮光涂膜中存在与膜的应变量和膜的弹性模量的乘积相对应的拉伸应力，如果膜的弹性模量(刚度)增加，则产生膜易于出现膜破裂这样的问题。当在膜形成之后提供了加热历史时，也会出现这个问题。

作为用以调节遮光涂膜的弹性模量的设计，日本专利申请特开JP2007-183444中公开的技术还能够将膜的弹性模量(刚度)调节成保证相对于镜筒的位置精度且同时抑制由于加热历史导致的膜破裂。但是，不能抑制高温高湿环境所特有的膜破裂。该问题将在下文描述。

通过研磨玻璃材料，形成构成了阶梯形状的边缘表面的多个表面中的每一个表面。因此，大量的微裂纹经常会出现在玻璃材料的表面中，尤其是出现在各表面之间的边界附近。这是因为当加工方向改变时，加工应力会集中在边界附近。当在阶梯拐角中形成倒圆角时也是如此。

另一方面，因为遮光涂膜由树脂材料制成，所以水蒸汽容易在高温高湿下渗透该膜。因此，水蒸汽通过进入在玻璃材料表面中的边界附近产生的微裂纹而积聚。这样一来，由于温度上升导致的水蒸汽的膨胀以及由水造成的玻璃材料的应力腐蚀，玻璃表面中的裂纹会趋于扩散。然后，还要考虑到当在膜形成期间产生的残余拉伸应力以及在玻璃材料中趋于使裂纹扩散的力叠加在一起时，超过了膜的容许应力就会造成膜的破裂。

特别地，如果表面被形成为包括倒圆角的凹形阶梯拐角段的阶梯形状，则在形成遮光涂膜时，遮光涂料易于收集在倒圆角中，并且由于膜形成时的加热历史，较高的拉伸应力会保留在遮光涂膜的与倒圆角相对应的部分中。因此，在倒圆角与相邻的平坦部分之间的边界附近，一旦发生即使是小面积的膜破裂，在倒圆角周围的膜的较高拉伸应力的影响下，膜也会从小面积开始出现大面积的破裂，这可能会导致遮光性能和防反射性能的不足。

鉴于相关领域中的上述问题而提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种可靠的光学元件，其中即使是在高温高湿环境中也能够抑制在阶梯形状的边缘表面上形成的遮光涂膜的膜破裂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个方面涉及提供一种光学元件，其包括光学有效面和非光学有效面，在所述非光学有效面上形成有遮光涂膜，其中：所述非光学有效面包括凹形阶梯拐角段；在沿着与所述凹形阶梯拐角段相交并且与所述凹形阶梯拐角段的脊线垂直的平面切割光学元件时所获得的截面中，与所述凹形阶梯拐角段的表面相对应的线具有两个线段通过弧形曲线平滑地彼此连接的形状；并且当所述两个线段中的每个线段的与所述曲线交接的端部被指定为线段的内端、同时相反的端部被指定为线段的外端时，所述遮光涂膜以在所述截面中的所述两个线段的至少一个线段上具有凸起区域的方式形成在所述非光学有效面的所述凹形阶梯拐角段的表面上，所述凸起区域的膜厚度从所述内端到所述外端连续地或逐步地增大，并且随后连续地或逐步地减小。

为了解决上述问题，本发明的另一个方面涉及提供一种用于制造光学元件的方法，所述方法通过制备包括光学有效面和非光学有效面的透明基板并且通过在所述透明基板的所述非光学有效面上形成遮光涂膜来制造光学元件，其中形成遮光涂膜包括：第一步骤，在所述第一步骤中将遮光涂料施加到所述非光学有效面的包括凹形阶梯拐角段在内的期望区域，干燥遮光涂料，并且由此形成平坦涂膜；以及第二步骤，在所述第二步骤中将遮光涂料部分地施加到在其上形成有所述平坦涂膜的所述期望区域的一部分，干燥遮光涂料，由此形成凸起涂膜，随后烘干整个涂膜，并且由此形成具有凸起区域的遮光涂膜；或者包括：第一步骤，在所述第一步骤中将遮光涂料部分地施加到所述非光学有效面的包括所述凹形阶梯拐角段在内的期望区域的一部分上，干燥遮光涂料，并且由此形成凸起涂膜；以及第二步骤，在所述第二步骤中将遮光涂料施加到包括在其上形成有所述凸起涂膜的区域在内的整个期望区域，干燥遮光涂料，由此形成平坦涂膜，随后烘干整个涂膜，并且由此形成具有凸起区域的遮光涂膜。

本发明提供了一种可靠的光学元件，其中即使在高温高湿环境中也能够抑制在阶梯形状的边缘表面上形成的遮光涂膜的膜破裂。

参照附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明的更多特征将变得显而易见。

附图说明

图1是应用了本发明的光学元件(透镜)的示意性截面图。

图2是示出图1所示的透镜的边缘表面的一部分截面的放大图。

图3是示出形成在根据本发明的光学元件的非光学有效面上的遮光涂膜的一部分截面形状的放大图。

图4A和4B是示出示例1至3和7至8中用于形成遮光涂膜的过程的截面图。

图5A和5B是示出示例4至6和9至10中用于形成遮光涂膜的过程的截面图。

图6是示例1至10中使用的透镜基板的示意性截面图。

图7是示出图6所示的透镜基板的边缘表面的一部分截面的放大图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

以下将描述本发明的实施例。本发明应用于具有光学有效面和非光学有效面并且在非光学有效面上形成有遮光涂膜(防内部反射膜)的各种光学元件。具有这种光学有效面和非光学有效面的光学元件的示例包括透镜、棱镜、反射镜、波片和分光器。然而，为了简化描述，这里将通过示例的方式描述透镜以作为这些光学元件的代表，并且将根据需要补充地描述其他的光学元件。

在本发明中，“光学有效面”是指具有某种光学效应(例如对入射到表面上的光线或光束的折射或反射)的表面或边界面。光学有效面的典型示例包括透镜的光线入射/出射面、棱镜的内部反射面、以及反射镜的反射面。另一方面，“非光学有效面”是指光学元件的除光学有效面以外的表面或边界面。非光学有效面的典型示例包括透镜的边缘表面、棱镜的侧端面、或反射镜的外周表面。(从光学元件的内部或外部)射入非光学有效面并且随后通过反射、透射、折射等从该表面射出的光线或光束可能会通过成为异常光线或有害光线而干扰光学元件的原有功能(通常是降低图像质量)。因此，希望光线或光束被非光学有效面吸收并且不会从非光学有效面射出。设置在非光学有效面上的遮光涂膜(防内部反射膜)旨在抑制这样的异常光线(有害光线)。

(光学元件的构造)

以下以透镜为例描述本发明的光学元件。图1是在沿着包括光轴L的平面切割透镜1时具有阶梯形状的边缘表面的透镜1的示意性截面图。如图1所示，透镜1是具有光学有效面R1和R2的凹形弯月状透镜。在透镜1的外周部分中，边缘表面a、b、c、d和e(其中的每个边缘表面是形成为环状的非光学有效面)按照该顺序连接以形成整体为阶梯形状的边缘表面。在边缘表面a至e中，边缘表面a和d是与透镜1的光轴L垂直的平面，而边缘表面b和e是与光轴L平行的柱面。边缘表面c通过对边缘表面b和边缘表面d之间的凹形阶梯拐角段101进行倒圆角处理而形成在边缘表面b和边缘表面d之间。如图1所示，在沿着包括光轴L的平面切割透镜1时所获得的截面中，边缘表面a、边缘表面b、边缘表面d和边缘表面e由直线(线段)表示，而边缘表面c由弧形曲线表示。

注意，尽管在透镜的情况下，通常在沿着包括光轴的平面切割透镜时所获得的截面精确地表现出形成于边缘表面上的阶梯形状的凹形阶梯拐角段，但并非一般的光学元件总是这样的情况。本发明涉及凹形阶梯拐角段(和其上形成的遮光涂膜)的截面形状，并且在沿着下述的平面切割光学元件时获得该截面形状。也就是说，本发明涉及在沿着与其上设置有遮光涂膜的凹形阶梯拐角段相交并且与凹形阶梯拐角段的脊线(在凹形阶梯拐角段除了倒圆角以外的相反两侧的两个表面的相交处将这两个表面延长时所形成的线)垂直的平面切割光学元件时所获得的截面中的基板表面和膜表面的形状。当凹形阶梯拐角段的相反两侧的两个表面是曲面而不是严格的平面时，凹形阶梯拐角段的脊线不是直线，并且光学元件可以被切割成使得在脊线与截面的相交处的脊线的切线垂直于该截面。

在图1中，尽管边缘表面a和d被图示为垂直于光轴L，而边缘表面b和e被图示为平行于光轴L，但是边缘表面不需要严格地垂直或平行，并且可以通过从平行于或垂直于光轴L或多或少地偏移而倾斜。即使在这样的情况下，只要整个边缘表面在总体上具有高度差，就可以认为边缘表面具有阶梯形状。在此情况下，尽管边缘表面a和d不是严格的平面，并且边缘表面b和e不是严格的柱面(而是圆锥形面)，但是所使用的上述术语“平面”和“柱面”应理解为包括这些情况。而且，在图1所示的截面中，边缘表面c由弧形曲线表示，本文所称的“弧形曲线”不必是表示正圆的一部分的概念，而是包括与正圆近似的曲线的概念。

另外，作为非光学有效面的边缘表面a、b、d和e不必是严格意义上的诸如平面或柱面(或圆锥形面)这样的规则表面，而是可以包括一些不规则的波纹等。此外，尽管在图1的截面中，边缘表面a、b、c、d和e由直线或光滑曲线表示，但应该注意，这样的非光学有效面通常具有一些不规则性(粗糙度、颗粒性)而不是平坦和光滑的。因此，应该注意，在以上提供的边缘表面的形状表述中，这样的不规则波纹和微小的不规则性被忽略(剔除)。

边缘表面a和b彼此连接并且边缘表面d和e彼此连接，从而形成相应的凸形阶梯拐角段。形成凹形阶梯拐角段101的边缘表面b和d通过构成倒圆角的边缘表面c彼此平滑地连接。但是，这里的短语“平滑地连接”大体意味着在图1所示的截面中以没有形成直角或锐角的方式进行连接。平滑地连接并不排除例如这样的情况，其中表示边缘表面b的线段以及表示边缘表面c的弧形曲线(更确切地说，该曲线在b和c之间的接合点处的切线)在接合点处连接，从而形成约160度的钝角。边缘表面c和边缘表面d之间的连接也是如此。

接下来，将参照图2更详细地描述图1所示的透镜1的边缘表面的形状。图2是由图1中的边缘表面b、边缘表面c和边缘表面d构成的凹形阶梯拐角段101的放大截面图。在图2中，点A1是边缘表面b和边缘表面c之间的边界，而点A2是边缘表面a和边缘表面b之间的边界。此外，点B1是边缘表面c和边缘表面d之间的边界，而点B2是边缘表面d和边缘表面e之间的边界。从另一个角度看，通过关注构成凹形阶梯拐角段101的三个边缘表面b、c和d，边缘表面b和d的处于与边缘表面c相连的一侧的那些端部可以指定为内端，而处于与内端相反的一侧的端部可以指定为外端。根据这些定义，点A1是边缘表面b的内端，点A2是边缘表面b的外端，点B1是边缘表面d的内端，并且点B2是边缘表面d的外端。

通过研磨由玻璃或树脂制成的透明基板11来形成边缘表面。这样一来，如果由通过研磨制备的透明基板的边缘表面b和边缘表面d形成的角度θ1小于90度或者边缘表面c的曲率半径R小于0.5mm，则在加工期间容易产生碎屑。另一方面，如果角度θ1大于140度或者曲率半径R大于4mm，则各表面之间的边界区域上的加工负荷可以充分地减小，但是另一方面，在设计阶段对透镜的限制增加。因此，由构成根据本实施例的透镜的基板11(即：透镜基板)的凹形阶梯拐角段101(如图2的截面图中所示)的边缘表面b和边缘表面d(用线段表示)形成的角度θ1理想地在90度至140度之间。另外，构成凹形阶梯拐角段101的倒圆角的边缘表面c(用曲线表示)的曲率半径R理想地在0.5mm至4mm之间(包括两个端点值)。

图3示出了在本实施例中由边缘表面b、c和d构成的凹形阶梯拐角段上形成的遮光涂膜2的截面形状。如图3所示，遮光涂膜2设置在从边缘表面b到边缘表面c到边缘表面d延伸的整个凹形阶梯拐角部上。这样一来，在边缘表面d的内端B1附近形成凸起区域21，其中遮光涂膜2的膜厚度从内端B1向外端B2连续地或逐步地增大并且随后连续地或逐步地减小，所述边缘表面d是构成凹形阶梯拐角段的多个表面之一。也就是说，在凸起区域21中的遮光涂膜2的膜厚度大于在内端B1以上的部分中的遮光涂膜2的膜厚度。注意，如前所述，由于遮光涂料易于收集在作为凹形阶梯拐角段的倒圆角的边缘表面c中，所以在边缘表面c上的遮光涂膜2的膜厚度大于在边缘表面d的内端B1上的膜厚度以及在边缘表面b的内端A1上的膜厚度。

在制造光学元件(透镜1)的过程中，如果光学元件在基板11的边缘表面上设置遮光涂膜2时经历了加热历史，则随着温度的降低，拉伸应力会作用于膨胀系数比基板11高的遮光涂膜2上并且保留在膜中。但是，如图3所示，当在边缘表面d的内端B1附近设置了凸起区域21时，来自凸起区域21的压力会用作在内端B1附近对遮光涂膜2的压缩应力。因此，在内端B1附近保留在遮光涂膜2中的拉伸应力因被抵消而减小，从而能够想到可以实现防止内端B1附近的膜破裂的效果。

这样一来，考虑到在内端B1处的膜厚度与凸起区域21的顶点21A处的膜厚度之差T以及从内端B1到凸起区域的顶点21A的水平距离D之比T/D越大，则从凸起区域21作用于内端B1上的遮光涂膜2的压缩应力就越大。本发明人已经发现，当比率T/D在0.02至0.10的范围内时，在防止膜破裂方面有效的压缩应力从凸起区域21充分地作用于内端B1上的遮光涂膜2。注意，本文所用的“水平距离”是指与重力的方向无关地沿着设置有凸起区域21的边缘表面(在图3的示例中为边缘表面d)测量的距离。

尽管凸起区域21在图3的示例中形成在边缘表面d上(即，构成凹形阶梯拐角段的两个边缘表面中的与光轴垂直的那个边缘表面)，但凸起区域也可以形成在边缘表面b上(即，构成凹形阶梯拐角段的两个边缘表面中的与光轴平行的那个边缘表面)。替代地，可以在边缘表面b和边缘表面d上都形成凸起区域。在这些情况下，能够获得与仅在边缘表面d上形成凸起区域时等同或更好的效果。

理想地，凸起区域21位于边缘表面d上，并且凸起区域21的基部接触内端B1或者定位成少许地离开内端B1从而不触及内端B1。即，水平距离D的取值通常为约100μm到800μm，理想地为约200μm到600μm，不过该取值取决于凸起区域的高度T。

(遮光涂膜的材料和形成过程)

遮光涂膜2通常由遮光涂料的涂膜制成，遮光涂料的主要成分是树脂、无机微粒和着色剂。理想地，用于遮光涂膜2的树脂可以是从由环氧树脂、醇酸树脂和丙烯酸树脂构成的组中适当选择的热固性树脂。在这些树脂中，更理想地因为环氧树脂优异的尺寸稳定性而使用环氧树脂。

无机微粒用于调节遮光涂膜2的折射率。作为无机微粒，理想地使用氧化钛、氧化锆、氧化铈和氧化锡。在这些物质中，更理想地因为氧化钛的高折射率而使用氧化钛。

作为着色剂，可以使用染料或颜料，并且理想地因为染料能够均匀地分散在遮光涂膜2中而使用染料。作为颜料，理想地使用从由炭黑、钛黑、氧化铜和氧化铁(铁丹)构成的组选择的至少一种或多种黑色颜料。作为染料，理想地使用蒽醌染料、酞菁染料、二苯乙烯染料、吡唑啉酮染料、噻唑染料、碳鐵染料或吖嗪染料。

作为用于制备光学元件的遮光涂料，理想地使用主要成分为树脂、染料和各种微粒的诸如GT-7II和GT-20(由佳能化工公司制造的产品的商品名称)这样的涂料。然而，这并不是限制性的，只要能够满足用于所使用的光学元件的遮光涂膜所需的特性(包括：光学特性、折射率和膜耐久性)即可。注意，遮光涂料可以根据需要使用溶剂进行稀释。

可以使用棒涂法、喷涂法、浸涂法、喷墨法等将遮光涂料直接施加到非光学有效面(边缘表面)上，或者可以使用刷涂法、海绵涂覆法、辊涂法等通过另外的介质施加遮光涂料。

将参照图4A、4B、5A和5B描述在遮光涂膜2上形成凸起区域21的过程。第一种方法涉及将遮光涂料施加到非光学有效面(边缘表面)的期望区域(在此情况下是整个区域)，并且由此形成如图4A所示的平坦涂膜，随后进行干燥和烘干，并且随后将遮光涂料部分地施加到要凸起的部位F上，并且由此形成如图4B所示的凸起涂膜，随后进行干燥和烘干(至此形成整个涂膜)。

第二种方法涉及将遮光涂料施加到非光学有效面(边缘表面)的整个区域，并且由此形成如图4A所示的平坦涂膜，随后进行干燥而不烘干，并且随后将遮光涂料施加到要部分地凸起的部位F上，并且由此形成如图4B所示的凸起涂膜，随后进行干燥和烘干。

第三种方法涉及将遮光涂料仅施加到非光学有效面(边缘表面)上的要凸起的部位F上，并且由此形成如图5A所示的凸起涂膜，随后进行干燥和烘干，并且随后将遮光涂料施加到整个区域上，并且由此形成如图5B所示的平坦涂膜，随后进行干燥和烘干。

第四种方法涉及将遮光涂料仅施加到非光学有效面(边缘表面)上的要凸起的部位F上，并且由此形成如图5A所示的凸起涂膜，随后进行干燥而不烘干，并且随后将遮光涂料施加到整个区域上，并且由此形成如图5B所示的平坦涂膜，随后进行干燥和烘干。

图4A、图4B、图5A和图5B示出了在垂直于光轴L的边缘表面d上(即，在更接近于垂直的边缘表面上)设置凸起区域的情形，但是当在平行于光轴L的边缘表面b上(即，在更接近于平行的边缘表面上)设置凸起区域或者当在两个边缘表面b和d上都设置凸起区域时的原理是类似的，并且上述四个过程类似地适用于这些情形。

示例

将列举具体示例作为本发明的示例(和比较例)，其中通过在基板(透镜基板)上形成遮光涂膜来实际制造光学元件(透镜)，所述基板具有阶梯形状的边缘表面，并且对于在所形成的遮光涂膜中是否发生膜破裂进行评估。然而，本发明不限于以下示例，并且不言自明的是可以在本发明的范围内进行各种变型和修改。

(透镜基板)

图6示出了在以下的示例和比较例中使用的透镜基板的截面形状。图6所示的透镜基板11是具有光学有效面R1和光学有效面R2的凹形弯月状透镜，所述光学有效面R1是凹面，所述光学有效面R2是凸面。光学有效面R1的曲率半径为45.0mm，光学有效面R2的曲率半径为80mm。光学有效面R1的外径φ1为36.0mm，光学有效面R2的外径φ2为60mm，并且边缘表面a的外径φ3为46.0mm，所述边缘表面a是光学有效面R1外侧的非光学有效面。

边缘表面a和边缘表面d是垂直于光轴L的平面，边缘表面b是相对于光轴L旋转对称的柱面或圆锥形面(图6中的锥形表面)，并且边缘表面e是相对于光轴L旋转对称且平行于光轴L的柱面。边缘表面a和边缘表面b形成凸形阶梯拐角段，边缘表面b和边缘表面d形成凹形阶梯拐角段102，并且边缘表面d和边缘表面e形成凸形阶梯拐角段。作为凹形阶梯拐角段102的倒圆角的边缘表面c存在于边缘表面b和边缘表面d之间。在平行于光轴L的方向上，边缘表面a至e的总长度(透镜基板11的外周部分的厚度)Y1为10.0mm，并且边缘表面a与边缘表面d之间的距离Y2为5.0mm，所述边缘表面a和边缘表面d是垂直于光轴L的表面。

图7是边缘表面c附近的放大图，所述边缘表面c是图6的透镜基板11上的凹形阶梯拐角段102的倒圆角。由边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2是90度、110度或140度(图7中为90度)，并且边缘表面c的曲率半径R是0.5mm或4mm。

注意，在示例(以及比较例)中使用的透镜基板由玻璃材料制成，所述玻璃材料除了含有二氧化硅以外还含有大量的镧(La)且具有较高的折射率，并且通过用研磨的方式形成边缘表面来制造该透镜基板。

(示例1)

所使用的透镜基板11如下所述：由边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2是90度，并且边缘表面c的曲率半径R是0.5mm。在通过用涂覆装置的抽吸旋转轴抽吸光学有效面R2的情况下使透镜基板11旋转的同时，通过海绵涂覆法将遮光涂料施加在整个边缘表面上。如下所述地制备遮光涂料：使用GT-20(由佳能化工公司制造)作为遮光材料，将各种配料混合并留置约30分钟。当整个边缘表面变暗并且在其上形成的膜变得足够厚时，允许边缘表面在自然条件下干燥1小时，并且在80℃的温度下烘干2小时。

接下来，将分配器的喷嘴中心沿着与光轴垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参照图7)约400μm的位置处，并且在旋转透镜基板11的同时，通过以10nl的排出量连续排出而沿周向一周地施加遮光涂料。然后，通过干燥和烘干，形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜，所述遮光涂膜具有凸起区域)。

在扫描型电子显微镜下观察使用上述过程构建的光学元件的割断面(tornsurface)，以测量在边缘表面c的中央部分中以及在边缘表面d的内端B1处的遮光涂膜2的膜厚度、凸起区域21的高度T、以及从内端B1到凸起区域的顶点21A的水平距离D(参见图3)。

此外，将所构建的光学元件在160℃的温度下热处理2小时，并且随后恢复到室温。然后，在确保没有膜破裂的情况之后，将光学元件装入高温高湿的炉中并在500小时后取出。在光学显微镜下，从光学有效面R2侧检查所取出的光学元件的边缘表面c和边缘表面d。如果出现任何长度为50μm以上的白线，则判断为存在膜破裂。表1示出了测量和评估结果。

(示例2)

除了由透镜基板上的边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2为110度以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(示例3)

除了由透镜基板上的边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2为140度以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(示例4)

除了透镜基板上的边缘表面c的曲率半径R为4.0mm并且将通过遮光涂料形成凸起区域与在整个边缘表面上形成遮光涂膜之间的顺序颠倒以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。

具体地，形成遮光涂膜2的过程如下所述。首先，将分配器的喷嘴中心沿着与光轴垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参见图7)约400μm的位置处，并且在旋转透镜基板11的同时，沿周向一周地施加遮光涂料。然后，通过干燥和烘干形成凸起区域。接下来，在通过用涂覆装置的抽吸旋转轴抽吸光学有效面R2的情况下使其上形成有凸起区域的透镜基板11旋转的同时，通过海绵涂覆法将遮光涂料施加在整个边缘表面上。然后，当整个边缘表面变暗并且在其上形成的膜变得足够厚时，允许边缘表面在自然条件下干燥1小时，并且在80℃的温度下烘干2小时，由此构建本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)。表1示出了测量和评估结果。

(示例5)

除了由透镜基板上的边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2为110度以外，在与示例4相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(示例6)

除了由透镜基板上的边缘表面b和边缘表面d形成的角(夹角)θ2为140度以外，在与示例4相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(比较例1)

除了省略从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(比较例2)

除了省略从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例3相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(比较例3)

除了省略从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例4相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

(比较例4)

除了省略从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例6相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表1示出了测量和评估结果。

表1

(示例7)

除了在整个边缘表面上形成遮光涂膜的步骤中将在80℃的温度下烘干2小时予以省略以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表2示出了测量和评估结果。

(示例8)

除了在混合各种配料之后将遮光涂料留置约4小时然后再用于从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例1相同的条件下使用与示例1相同的透镜基板来形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表2示出了测量和评估结果。

(比较例5)

除了在整个边缘表面上形成遮光涂膜的步骤中仅进行约10分钟的干燥而不是在自然条件下干燥1小时并且在80℃的温度下烘干2小时以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表2示出了测量和评估结果。

(比较例6)

除了在混合各种配料之后将遮光涂料留置约6小时然后再用于从分配器周向地施加遮光涂料以外，在与示例1相同的条件下，使用与示例1相同的透镜基板来形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表2示出了测量和评估结果。

表2

(示例9)

除了将通过遮光涂料形成凸起区域与在整个边缘表面上形成遮光涂膜之间的顺序颠倒、以及在形成凸起区域时对分配器的喷嘴中心的位置以及制备遮光涂料之后经过的时间进行改变、以及在整个边缘表面上形成遮光涂膜时使用的是分配器而不是海绵涂覆法以外，在与示例1相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。

具体地，用于形成遮光涂膜的过程如下所述。首先，将分配器的喷嘴中心沿着与光轴L垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参见图7)约200μm的位置，并且在旋转透镜基板11的同时，通过以10nl的排出量连续排出而沿周向一周地施加遮光涂料。如下所述地制备遮光涂料：使用GT-20(由佳能化工公司制造)作为遮光材料，将各种配料混合并留置约4小时。随后，通过使用在配料混合后留置约30分钟的遮光涂料、通过在旋转透镜基板11的同时以10nl的排出量从分配器排出遮光涂料、并且通过每一轮都使分配器移位而对整个边缘表面进行涂覆。当整个边缘表面变暗并且在其上形成的膜变得足够厚时，允许边缘表面在自然条件下干燥1小时并在80℃的温度下烘干2小时。表3示出了测量和评估结果。

(示例10)

除了在形成凸起区域时将分配器的喷嘴中心沿着与光轴L垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参见图7)约600μm(而不是约200μm)的位置、通过在旋转透镜基板11的同时以10nl的排出量连续地排出而沿周向两周(而不是一周)地施加遮光涂料、以及在整个边缘表面上形成遮光涂膜时通过海绵涂覆法(而不使用分配器)施加遮光涂料以外，在与示例9相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并以与示例1中相同的方式进行评估。表3示出了测量和评估结果。

(比较例7)

除了在使用遮光涂料形成凸起区域时在混合配料后将遮光涂料留置约2小时(而不是约4小时)、以及将分配器的喷嘴中心沿着与光轴L垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参见图7)约100μm的位置以外，在与示例9相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表3示出了测量和评估结果。

(比较例8)

除了在使用遮光涂料形成凸起区域时在混合配料后将遮光涂料留置约6小时(而不是约4小时)、将分配器的喷嘴中心沿着与光轴L垂直的方向放置在距离边缘表面d的内端B1(参见图7)约800μm的位置、以及通过在旋转透镜基板11的同时以10nl的排出量连续地排出而沿周向三周(而不是两周)地施加遮光涂料以外，在与示例10相同的条件下形成本示例的光学元件(设置有遮光涂膜的透镜)，并且以与示例1中相同的方式进行评估。表3示出了测量和评估结果。

表3

(示例和比较例的评估)

根据表1能够看出，当边缘表面b与边缘表面d之间的夹角θ2为90至140度(包括两个端点值)并且边缘表面c的曲率半径R为0.5mm至4mm(包括两个端点值)时，设置在凹形阶梯拐角段102上的遮光涂膜在边缘表面d的内端附近具有凸起区域21，从而允许抑制遮光涂膜的膜破裂。

此外，根据表1至3能够看出，理想地，凸起区域的高度T与从内端B1到凸起区域的顶点21A的水平距离D之比T/D在0.02至0.10的范围内。

此外，根据表3能够看出，从内端B1到凸起区域的顶点21A的水平距离D落在100μm到800μm的范围之外是不理想的，而水平距离D大体落在200μm到600μm的范围内是理想的。

注意，在边缘表面c上的最大膜厚度(在边缘表面c的中央部分中的遮光涂膜的膜厚度)以及在边缘表面d的内端B1处的(遮光涂膜的)膜厚度分别在19μm到33μm的范围内以及3μm到6μm的范围内变化。给出这样的范围是出于参考目的，以表明即使以相同的方式施加涂层，膜厚度也会有相当大的变化。由此可以看出，是否发生破裂取决于凸起区域的高度T与从内端到凸起区域的顶点的水平距离D之比T/D，而不是取决于膜厚度本身。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，并且可以在本发明的范围内进行各种变型和修改。例如，根据本发明的光学元件不限于透镜，并且可以是棱镜、反射镜、波片或分光器。

本发明的光学元件可以用于各种光学设备例如相机、显微镜和投影仪。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以便涵盖所有的这些变型以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种光学元件，其包括光学有效面和非光学有效面，在所述非光学有效面上形成有遮光涂膜，其中：

所述非光学有效面包括凹形阶梯拐角段；在沿着与所述凹形阶梯拐角段相交并且与所述凹形阶梯拐角段的脊线垂直的平面切割光学元件时所获得的截面中，与所述凹形阶梯拐角段的表面相对应的线具有两个线段通过弧形曲线平滑地彼此连接的形状；并且当所述两个线段中的每个线段的与所述曲线交接的端部被指定为线段的内端、同时相反的端部被指定为线段的外端时，所述遮光涂膜以在所述截面中的所述两个线段的至少一个线段上具有凸起区域的方式形成在所述非光学有效面的所述凹形阶梯拐角段的表面上，所述凸起区域的膜厚度从所述内端到所述外端连续地或逐步地增大，并且随后连续地或逐步地减小。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述两个线段形成90度以上且140度以下的角度，并且所述弧形曲线具有0.5mm以上且4mm以下的曲率半径。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其中如果所述遮光涂膜在所述凸起区域的顶点处的膜厚度与所述遮光涂膜在所述内端处的膜厚度之间的差值为T并且从所述内端到所述顶点的水平距离为D，则T/D在0.02至0.10的范围内。

4.根据权利要求3所述的光学元件，其中所述距离D在100μm至800μm的范围内。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中所述距离D在200μm至600μm的范围内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学元件，其中所述光学元件是透镜；并且所述凸起区域形成在所述凹形阶梯拐角段的表面上，所述表面对应于所述两个线段中更接近于与光轴垂直的一个线段。

7.一种光学设备，其包括权利要求1至6中任一项所述的光学元件。

8.一种用于制造光学元件的方法，所述方法通过制备包括光学有效面和非光学有效面的透明基板并且通过在所述透明基板的所述非光学有效面上形成遮光涂膜来制造光学元件，其中

形成遮光涂膜包括：第一步骤，在所述第一步骤中将遮光涂料施加到所述非光学有效面的包括凹形阶梯拐角段在内的期望区域，干燥遮光涂料，并且由此形成平坦涂膜；以及第二步骤，在所述第二步骤中将遮光涂料部分地施加到在其上形成有所述平坦涂膜的所述期望区域的一部分，干燥遮光涂料，由此形成凸起涂膜，随后烘干整个涂膜，并且由此形成具有凸起区域的遮光涂膜；或者

形成遮光涂膜包括：第一步骤，在所述第一步骤中将遮光涂料部分地施加到所述非光学有效面的包括所述凹形阶梯拐角段的期望区域的一部分上，干燥遮光涂料，并且由此形成凸起涂膜；以及第二步骤，在所述第二步骤中将遮光涂料施加到包括在其上形成有所述凸起涂膜的区域在内的整个期望区域，干燥遮光涂料，由此形成平坦涂膜，随后烘干整个涂膜，并且由此形成具有凸起区域的遮光涂膜。

9.根据权利要求8所述的用于制造光学元件的方法，其中所述非光学有效面包括凹形阶梯拐角段；并且在沿着与所述凹形阶梯拐角段相交并且与所述凹形阶梯拐角段的脊线垂直的平面切割光学元件时所获得的截面中，与所述凹形阶梯拐角段的表面相对应的线具有两个线段通过弧形曲线平滑地彼此连接的形状。

10.根据权利要求9所述的用于制造光学元件的方法，其中所述凸起区域形成在所述非光学有效面的所述凹形阶梯拐角段的表面上。

11.根据权利要求10所述的用于制造光学元件的方法，其中当所述两个线段中的每个线段的与所述曲线交接的端部被指定为线段的内端、同时相反的端部被指定为线段的外端时，如果所述遮光涂膜在所述凸起区域的顶点处的膜厚度与所述遮光涂膜在所述内端处的膜厚度之间的差值为T并且从所述内端到所述顶点的水平距离为D，则T/D在0.02至0.10的范围内。

12.根据权利要求8所述的用于制造光学元件的方法，其中，所述第一步骤包括施加和干燥遮光涂料，并且随后烘干已干燥的涂膜。