CN109655944A - 光学元件、光学系统、和摄像设备 - Google Patents

光学元件、光学系统、和摄像设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学元件、光学系统和摄像设备。光学元件包括多个基材、将多个基材彼此接合的粘接剂、和设置到光学元件的入射面和出射面中的至少一者的防反射膜。防反射膜包括第一层，该第一层包含具有醚键和酯键中的至少一种、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇。第一层中的醇的含量为0.5mg/cm3～5.0mg/cm3。第一层对波长为550nm的光的折射率为1.1～1.3。

Description

光学元件、光学系统、和摄像设备
技术领域
本发明涉及各自具有防反射膜的光学元件、光学系统和摄像设备(或成像设备)。
背景技术
诸如照相机透镜等光学系统用的传统的光学元件的表面具有防反射膜，其用于抑制由于入射光的光量损失降低和反射而引起的诸如闪光(flare)和重影(ghost)等不必要的光。日本专利特开No.(“JP”)2012-078597公开了一种包括具有纳米多孔二氧化硅膜的低折射率层的防反射膜。
诸如照相机透镜等光学系统有时使用其中多个透镜通过粘接剂彼此贴合的接合透镜。JP2012-002888公开了一种通过使用湿法在接合透镜上形成防反射膜的方法。
在使用JP2012-078597中公开的方法于接合透镜上形成湿膜的尝试中，湿膜涂布后的高温干燥和热处理使接合粘接剂改变或变黄、或者引起透过率变化。另外，两个透镜的玻璃材料之间的线性膨胀系数差可能使粘接剂剥离，或使透镜变形(扭曲)或龟裂等。
JP2012-002888公开了用于在通过湿法成膜时防止涂布液溶解透镜接合面上的粘接剂的透镜和夹具的形状，但是关于涂布液的组成和涂布后热处理没有记载。
发明内容
本发明提供一种具有能够防止粘接剂改变和剥离并且抑制光学性能劣化的防反射膜的光学元件。
根据本发明一方面的光学元件包括多个基材、将所述多个基材彼此接合的粘接剂、和设置到所述光学元件的光入射面和光出射面中的至少一者的防反射膜。所述防反射膜包括第一层，所述第一层包含具有醚键和酯键中的至少一种、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇。第一层中的所述醇的含量为0.5mg/cm3～5.0mg/cm3。第一层对于波长为550nm的光的折射率为1.1～1.3。
参照附图，本发明的进一步特征将从以下示例性实施方案的描述中变得显而易见。
附图说明
图1是作为根据本发明一个实施方案的说明性光学元件的接合透镜的截面图。
图2为防反射膜的示意性截面图。
图3为低折射率层的示意图。
图4为链状颗粒的示意图。
图5为根据实施例1的接合透镜的截面图。
图6为根据实施例1的低折射率层的电子显微镜照片。
图7A和7B为说明根据实施例1的防反射膜的反射率特性的图。
图8为根据实施例2的接合透镜的截面图。
图9A和9B为说明根据实施例2的防反射膜的反射率特性的图。
图10为根据实施例3的接合透镜的截面图。
图11A和11B为说明根据实施例3的防反射膜的反射率特性的图。
图12为根据实施例4的光学系统的截面图。
图13A和13B为说明根据实施例4的防反射膜的反射率特性的图。
具体实施方式
现在参照附图，将给出本发明的实施方案的描述。在各个图中，相同的元件将由相同的附图标记指定，并且将省略其重复的描述。
图1是作为根据本发明一个实施方案的说明性光学元件的接合透镜10的截面图。接合透镜10为通过将凹弯月形透镜(基材)11和凸弯月形透镜(基材)21经由粘接剂在接合面(或贴合面)31上彼此相互贴合而制成的光学元件。粘接剂可以为丙烯酸系、环氧系和多烯多硫醇系中的任一种。该实施方案形成了光入射面11a上的由电介质薄膜层制成的普通防反射膜12，和光出射面21b上的根据本发明的防反射膜22。
图2为防反射膜22的示意性截面图。图2中，为简便目的，光出射面21b示出为平面。防反射膜22包括包含单层或多层的电介质薄膜层的基底层(或底层)23，和形成于基底层23上的低折射率层(第一层)24。该实施方案形成了在防反射膜22的最外表面上的低折射率层24。
根据凸弯月形透镜21的折射率，基底层23包括单层或多层的电介质薄膜层。单层中，具有与通过将凸弯月形透镜21的折射率乘以低折射率层24的折射率而得的值的平方根接近的折射率的电介质薄膜层可以以光学膜厚(物理膜厚×折射率)为其反射率特别需要减小的波长的四分之一来形成。多层中，电介质薄膜层可以通过适当地使高折射率层和中折射率层彼此组合来形成。高折射率层可以单独地或组合使用氧化锆、氧化钽、氧化铌、氮化硅、氧氮化硅、氧化钛、氧化铈、氧化铪等。中折射率层可以适当地使用氧化铝、氧化硅、氧氮化硅和氟化镁等。通常，经常将氧化硅和氟化镁处理为低折射率层。因为该实施方案使用了折射率为1.1～1.3的低折射率层24，所以中折射率层还可以使用折射率为约1.45的氧化硅和折射率为约1.38的氟化镁。
基底层23优选通过诸如真空沉积法和溅射法等物理成膜法来形成，但是本发明不限于该方法。例如，基底层23可以通过诸如溶胶-凝胶法等湿法和诸如CVD(Chemical VaporDeposition)法等化学气相沉积法来形成。在利用这些方法时，基底层23需要为可在80℃以下、40℃以下、或20℃～25℃的温度下形成以便不损害接合面上的粘接剂的膜。基底层23的表面在JIS K 5600中规定的铅笔硬度试验中的表面硬度为B以上、H以上、或2H以上。
低折射率层24包含在0.5mg/cm3～5.0mg/cm3的范围内的、具有醚键和酯键中的至少一种、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇，并且对于波长550nm光的折射率为1.1～1.3。低折射率层24包含空间填充率为25％～85％的多孔材料，并且其表面在JIS K 5600中规定的铅笔硬度试验中的表面硬度为2B以下。低折射率层24的表面可以是拒水性、拒油性或亲水性的。例如，通过真空沉积、溅射或CVD等以不会给予光学影响的约数nm以下的膜厚施加含氟涂料或硅酮涂料等。
现在参照图3，将对低折射率层24中的多孔材料给出描述。图3为低折射率层24的示意图。根据该实施方案，多孔材料包括二次颗粒和具有硅氧烷键的粘结剂，所述二次颗粒是由多个(数个至数十个)平均粒径D为5nm～40nm的氧化硅颗粒为主成分的颗粒彼此连结而成。该实施方案使用平均粒径D为5nm～40nm的多个二氧化硅细颗粒彼此连接的链状颗粒41。代替链状颗粒，可以使用中空的二氧化硅细颗粒和氟化镁颗粒。使用二次颗粒作为通过以弯曲方式连接多个颗粒而制成的链状颗粒可以使本发明的效果最大化并且容易制造该颗粒。平均粒径为平均费雷特直径(Feret's diameter)。平均费雷特直径可以通过处理透射电子显微镜照片来测量。
空隙42在链状颗粒41和另一链状颗粒41之间形成，并且至少部分的链状颗粒41通过粘结剂43彼此连结。位于链状颗粒41的表面上的具有酯键且具有4～7个碳原子的、支化结构的醇44用作链状颗粒41之间的间隔物。
低折射率层24包含空隙42或折射率为1.0的空气，并且具有小于不具有空隙42的膜的折射率。在低折射率层24中空隙42可以具有15％～75％的体积比率。因而，链状颗粒41、粘结剂43和醇44可以以25～85％的空间填充率制备。当空间填充率为25％以下时，低折射率层24具有1.1以下的过低的折射率，不能实现良好的防反射特性，并且产生具有明显低的强度和不充分的环境可靠性的膜。当空间填充率为85％以上时，低折射率层24的折射率为1.3以上并且不能实现良好的防反射特性。为了使折射率和强度/环境可靠性调和，空间填充率可以调整至35％～75％或45％～65％。
为了在通过粘接剂接合的光学元件的表面(该实施方案中的光出射面21b)上形成低折射率层24，膜形成需要避免高温加热。该实施方案可以通过使醇44在链状颗粒41中取向而获得期望的空隙率并且形成没有高温加热的膜。
在以下描述中，"具有醚键或酯键、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇"将称为"C4-7支化的醇"。该实施方案将包含链状颗粒41、粘结剂43和C4-7支化的醇44的分散液(液体)施涂在光出射面21b上，通过使分散液放置在室温(约20℃～25℃)下约2小时而形成70～280nm的膜厚，并且完成低折射率层24。当放置在约60℃的高温环境下的低折射率层使其特性仅在实践上可忽略的范围内波动时，确定了"完成"低折射率层。"实践上可忽略的范围"意指低折射率膜的厚度和折射率在百分之几内波动。
根据该实施方案，粘结剂43在链状颗粒41之间的接触部分具有硅氧烷键以便增强膜强度，并且使链状颗粒41彼此结合。粘结剂43可以通过将包含形成由硅烷烷氧基水解缩合物构成的粘结剂43所必要的组分的溶液与其中链状颗粒41分散于溶剂中的溶液混合来使用。可选地，可以施涂其中以链状形状彼此连接的固体颗粒分散于溶剂中的溶液，并且包含形成粘结剂43所必要的组分的溶液可以在使颗粒排列之后施涂。
该实施方案使用C4-7支化的醇44作为溶剂。由此，由C4-7支化的醇44的支化结构引起的立体位阻可以限制溶剂沉积至颗粒表面上的羟基，并且能够保持一部分的羟基在颗粒表面上。C4-7支化的醇44变成间隔物，并且用于使链状颗粒41之间的空隙42变宽。如图4中所示，链状颗粒41具有其中多个二氧化硅颗粒弯曲并且彼此连接的结构。在二氧化硅细颗粒之间的接触点附近C4-7支化的醇44的存在可以提供使空隙42变宽的效果。
为了使折射率降低或使低折射率层24中的空隙42的体积比率增加，用作间隔物的C4-7支化的醇44的链长可以是较长的。然而，随着链长变得越长，溶剂的沸点升高并且要求高温加热以使不与颗粒配位的溶剂蒸发。另一方面，随着链长变得太短，空隙42的体积比率降低并且折射率增加。在通过诸如旋涂法等湿法形成膜时，部分干燥在涂膜于光学元件表面上展开之前开始，并且膜不能均一地形成。因此，具有4～7个碳原子或5～6个碳原子的、支化结构的醇可以是受欢迎的。
使空隙42变宽的效果取决于醚键或酯键的结构。具有醚键和酯键中的至少一种的醇由于醚键或酯键中包含的氧的非共享电子对和颗粒表面上的羟基之间的氢键而导致增强间隔物效果。该构成可以形成在可见光中具有小的散射的低折射率膜。
C4-7支化的醇44包括1-丙氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、2-异丙氧基乙醇、3-甲氧基-1-丁醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、乳酸甲酯和乳酸乙酯中的至少一种。
低折射率层24可包含在0.5mg/cm3～5.0mg/cm3或1.0mg/cm3～2.8mg/cm3(包括端值)的范围内的C4-7支化的醇44。当C4-7支化的醇44的量小于0.5mg/cm3时，低折射率层24收缩并且折射率变得更高。另一方面，当C4-7支化的醇44的量大于5.0mg/cm3时，折射率不能通过溶剂本身降低。
如上所述，本发明在没有高温加热的情况下可形成对于波长550nm光的折射率为1.1～1.3(包括端值)的低折射率层。因为根据该实施方案的低折射率层24通过将其放置在约20℃～25℃的环境下约2小时来形成，所以它不仅可以施加至接合透镜而且还可以施加至接合棱镜、塑料透镜和膜等。为了在短时间内形成低折射率层24，在光学元件的表面上该层可以在无影响的范围内加热。
为了限制粘接剂剥离和透镜变形或龟裂，通过使第一透镜和第二透镜彼此贴合而制成的接合透镜可以满足以下条件，其中α1(×10-7K-1)为第一透镜的材料的线性膨胀系数，α2(×10-7K-1)为第二透镜的材料的线性膨胀系数，并且φc(mm)为第一透镜和第二透镜之间的接合面的外径。
2.0×102≤φc×|α1-α2|≤2.0×104 (1)
可以满足以下条件。
5.0×102≤φc×|α1-α2|≤1.0×104 (2)
实施例1
图5为根据该实施例的接合透镜110的截面图。接合透镜110为通过将双凸透镜111和凹弯月形透镜121在接合面131上介由粘接剂彼此贴合而制成的光学元件。双凸透镜111由对d-线(波长587.56nm)的折射率nd为1.497的OHARA Corp.的S-FPL51制成。凹弯月形透镜121由对d-线的折射率nd为1.804的OHARA Corp.的S-LAH65V制成。接合面131的外径为30.0mm。该实施方案形成了在接合透镜110的光入射面111a上的由电介质多层膜构成的普通防反射膜112，和在接合透镜110的光出射面121b上的根据本发明的防反射膜122。表1示出防反射膜122的设计值。
现在将对接合透镜110的说明性制造方法给出描述。首先，将双凸透镜111和凹弯月形透镜121的光学表面(光入射面和光出射面)抛光，并且给透镜的外周部(通常称为边缘)定中心(center)。
接下来，防反射膜112形成于双凸透镜111的光入射面111a上。不必要将电介质薄膜层设置到双凸透镜111的光出射面(与接合面131相同的表面)上。这是因为双凸透镜111的折射率接近于用于接合的粘接剂的折射率并且在界面处的反射率足够小。
接下来，在氧化铝层(折射率为1.65)以83.5nm的厚度形成于凹弯月形透镜121的光入射面(与接合面131相同的表面)上之后，根据本发明的防反射膜122中的基底层通过真空沉积法形成于光出射面121b上。根据该实施例，基底层为如表1中示出的包括氧化铝和氧化锆的8层交替层的电介质薄膜层。虽然此实施例通过真空蒸镀法形成基底层，但是本发明不限于该实例，并且可以使用溅射法或湿法。另外，关于膜材料，该实施例使用氧化铝和氧化锆，但是本发明不限于该实例。
接下来，双凸透镜111和凹弯月形透镜121通过粘接剂(由DENKA Co.,Ltd.制造的多烯多硫醇系粘接剂OP-1045K)彼此贴合。更具体地，当凹弯月形透镜121的光出射面121b朝向下时，将粘接剂滴在接合面131上，双凸透镜111与适当的位置对准并且压向该适当的位置，然后照射UV光并且使粘接剂固化。粘接剂的厚度可以为1～100μm或3～20μm。该实施方案使粘接剂的厚度设定至约7μm。根据该实施例的固化的粘接剂的折射率为1.52。虽然关于粘接剂，该实施例使用多烯多硫醇系粘接剂DENKA Co.,Ltd.的OP-1045K，但是本发明不限于该实例。
虽然粘接剂可以滴下从厚度和面积计算的必要量并且完全均一地在接合面131上展开，但是该控制实质上是困难的。因而必要的是滴下比必要量更大的量的粘接剂并且除去从接合面131的外周部(边缘)突出的过量的粘接剂。通常的除去方法是在固化前或固化后用浸渍有有机溶剂的无纺布或纸布(手帕)擦拭掉。当多孔软膜(具有铅笔硬度为2B以下的表面硬度)形成于防反射膜122的最外表面上时，擦拭接触或溶剂附着使反射率特性波动或者造成划痕和污染。该实施方案中，接合步骤中防反射膜122的最外表面为基底层的最外表面。因此，基底层的最外表面具有铅笔硬度为B以上、H以上或2H以上的表面硬度。根据该实施方案，基底层的最外表面是铅笔硬度为2H以上的氧化锆层，并且决不会由于擦拭或洗涤而造成划痕或不良的外观。
在接合步骤完成之后，低折射率层形成于基底层上。现在将对包含用于根据该实施例的低折射率层的链状颗粒的分散液给出描述。
此实施例使用链状颗粒的IPA分散液(由Nissan Chemical Industries,Co.,Ltd.制造，IPA-ST-UP(注册商标)；固成分含量15wt％)以制备分散液。链状颗粒的1-丙氧基-2-丙醇分散液(固成分浓度17wt％)用蒸发器通过以1-丙氧基-2-丙醇(由Sigma制造)替换IPA分散液中的2-丙醇溶剂来制备。催化剂比率为2-丙醇:1-丙氧基-2-丙醇＝7.5:92.5。
粘结剂溶液通过以下来制备：添加18.5g四乙氧基硅烷(也称为TEOS或硅酸乙酯，由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造)和相应于TEOS十当量的16.0g的0.1wt％次膦酸作为催化剂水，在20℃下搅拌混合溶液60分钟。添加粘结剂溶液32.8g(当与251.3g的链状颗粒的1-丙氧基-2-丙醇分散液形成粘结剂所必要的组分换算成氧化物时相当于0.5wt％)。其后，添加174.5g 1-丙氧基-2-丙醇和546.5g乳酸乙酯以调整链状颗粒的固成分含量(当换算成氧化物时)为4.3wt％，并且将混合物搅拌60分钟，从而得到1-丙氧基-2-丙醇:乳酸乙酯＝40:60。
接下来，将接合透镜110在其光出射面121b朝向上的同时安装在旋涂机中，将分散液滴下0.2ml以在4000rpm下旋涂20秒。其后，将产物在23℃的室温下在净室气氛下放置2小时，并且完成接合透镜110。
双凸透镜111的玻璃材料的线性膨胀系数α1为131[×10-7K-1]，凹弯月形透镜121的玻璃材料的线性膨胀系数α2为60[×10-7K-1]。在接合透镜110具有大的线性膨胀系数差时，在没有热处理的情况下形成低折射率层可以防止粘接剂剥离，防止透镜龟裂，或者防止透镜表面精度由于应力而劣化，提供良好的防反射性能。
本发明人通过经验认识到，当线性膨胀系数差为30[×10-7K-1]以上时，由于在80℃下的处理而造成诸如剥离和龟裂等的问题。线性膨胀系数差为60[×10-7K-1]以上造成诸如在约40℃的温度下的表面精度劣化等的问题。当然，尽管有问题的程度取决于如透镜的外径和厚度等形状、玻璃材料的脆性等，但是上述值为粗略估计。
现在将对具有形成于硅基板上的防反射膜的光学元件的评价结果给出描述。低折射率层使用分散液形成于防反射膜的最外表面上。图6示出低折射率层的扫描透射电子显微镜照片。图6中，用于保护该结构不受到电子束照射损害的处理使低折射率层的表面成黑色。空隙(图6中的白色部位)在弯曲和连接的链状颗粒之间形成。根据用光谱型椭偏仪(J.A.Woollam Co.)的低折射率层的评价，低折射率层的折射率为1.238。
二氧化硅或氧化硅通常的折射率为约1.45。因为颗粒和粘结剂也基本上由氧化硅制成，所以低折射率层的空间填充率为约55.1％。低折射率层的表面硬度为2B以下。
低折射率层中的溶剂残余量和粘结剂量通过使用诸如Thermo Scientific顶空(headspace)TRIPLUS300、质谱LSQ LT、气相色谱RAC GC ULTRA、Frontier LaboratoriesUltra Alloy Series(型号：UA+-5)等的柱来测量。根据测量条件，在顶空中烘箱的加热温度为160℃，平衡时间为30分钟，吹扫时间为3分钟，质谱中的离子源的温度为220℃，气相色谱中的注入口的加热温度为200℃。烘箱加热条件如下：初始温度40℃保持1分钟，温度以5.0℃/min的速率升高至200℃，温度200℃保持10分钟，温度以20.0℃/min的速率升高至320℃，并且温度320℃保持5分钟。
将在10ml样品管中制备的基板设定为内部标准，并且用向其添加0.15wt％的萘的氯仿溶液密封和测量。每1cm3的低折射率层中的溶剂残余量基于其上形成防反射膜的光学元件上的膜厚和硅基板的面积来计算。
在计算溶剂残余量时，通过将0.13wt％、0.23wt％、0.35wt％和0.62wt％的待检测的溶剂添加至添加有0.15wt％的萘的氯仿溶液来制作溶剂的校准曲线。
在计算粘结剂量时，硅酸乙酯水解缩合物的五聚物的校准曲线通过将0.06wt％、0.15wt％、0.27wt％和0.40wt％的硅酸乙酯水解缩合物的五聚物添加至添加有0.15wt％的萘的氯仿溶液来制作。汇总通过GC-MS得到的从硅酸乙酯水解缩合物的四聚物到八聚物的峰面积，并且评价作为硅酸乙酯水解缩合物的五聚物的粘结剂量。硅酸乙酯水解缩合物的五聚物使用硅酸乙酯40(由Colcoat Co.,Ltd.制造)。
该评价结果示出低折射率层中的溶剂残余量为2.4mg/cm3，粘结剂量为0.5wt％。
分散液可以用低折射率层中的含量(溶剂残余量)为0.5mg/cm3～5.0mg/cm3的、具有醚键和酯键中的至少一种、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇制备。该构成可以在没有高温处理的情况下提供对波长550nm的光的折射率为1.1～1.3(包括端值)的低折射率层。其中使高防反射性能和环境可靠性调和的、对波长550nm的光的折射率为1.20～1.26的低折射率层可以通过制备含量为1.0mg/cm3～2.8mg/cm3的分散液来形成。
图7A和7B示出防反射膜122的光谱反射率特性，其中横轴表示波长，纵轴表示反射率。图7A中，纵轴的量程为5％。图7B中，纵轴的量程为1％。如图7A和7B中所示，防反射膜122具有对通常用于数字照相机的摄像元件例如CCD和CMOS实质上敏感的430～670nm波长的这样高的防反射性能。更特别地，防反射膜122对入射角为0°～30°的光线具有约0.1％以下的高防反射性能，和对入射角为45°的光线具有约0.5％以下的高防反射性能。因此，包括接合透镜110的光学系统，例如照相机透镜具有可以抑制诸如闪光和重影等不必要的光的高质量。
表1
实施例2
图8为根据此实施例的接合透镜210的截面图。接合透镜210为通过将双凸透镜211和双凹透镜212在接合面231上介由粘接剂彼此贴合而制成的光学元件。双凸透镜211由对d-线的折射率nd为1.883的HOYA Corp.的TAFD 30制成。双凹透镜212由对d-线的折射率nd为1.596的OHARA Corp.的S-TIM8制成。接合面231的外径为42.8mm。该实施方案形成了在接合透镜210的光入射面211a上的由电介质多层膜构成的普通防反射膜212，和在接合透镜210的光出射面221b上的根据本发明的防反射膜222。表2示出防反射膜222的设计值。防反射膜222包括通过真空沉积法形成的基底层，和形成于基底层上的低折射率层。该实施方案中，基底层为如表2中示出的包括氧化铝和氧化锆的6层交替层的电介质薄膜层。
接合透镜210通过与根据实施例1的接合透镜110的基本上相同的方法来制造。现在将对根据此实施例的接合透镜210的制造方法与根据实施例1的接合透镜110的不同给出描述。
此实施例使用多烯多硫醇系粘接剂DENKA Co.,Ltd.制造的OP-1055H用于粘接剂。将双凸透镜211和双凹透镜212彼此贴合，使得粘接剂的厚度为10μm，向其上照射UV光，然后擦拭掉过量的粘接剂。其后，将内表面防反射涂料(遮光涂料)Canon Chemicals Co.的GT-7II施涂至透镜的外周部(边缘)。
除了适当地调整溶剂等的比例之外，根据此实施例的防反射膜222中的低折射率层通过与实施例1中基本上相同的方式来形成。双凸透镜211的玻璃材料的线性膨胀系数α1为66[×10-7K-1]，并且双凹透镜212的玻璃材料的线性膨胀系数α2为84[×10-7K-1]。18[×10-7K-1]的小的线性膨胀系数差用于使施加至边缘的内表面防反射涂料GT-7II固化，低折射率层形成并且通过对流式烤箱在80℃的温度下干燥20分钟。依照硅基板上形成的根据此实施例的低折射率层的分析，低折射率层中的溶剂残余量为1.2mg/cm3，粘结剂量为0.7wt％。
图9A和9B示出防反射膜222的光谱反射率特性。防反射膜222具有对430nm～670nm波长的高防反射功能。更具体地，它对入射角为0°～30°的光线具有约0.1％以下的高防反射性能，和对入射角为45°的光线具有约0.5％以下的高防反射性能。因此，包括接合透镜210的光学系统，例如照相机透镜具有可以抑制诸如闪光和重影等不必要的光的高质量。
表2
实施例3
图10为根据此实施例的接合透镜310的截面图。接合透镜310为通过将凹弯月形透镜311和凸弯月形透镜312在接合面331上介由粘接剂彼此贴合而制成的光学元件。凹弯月形透镜311由对d-线的折射率nd为1.834的OHARA Corp.的S-LAH60制成。凸弯月形透镜312由对d-线的折射率nd为1.439的OHARA Corp.的S-FPL53制成。接合面331的外径为84.0mm。此实施方案形成了在接合透镜310的光入射面311a上的由电介质多层膜制成的普通防反射膜312，和在接合透镜310的光出射面321b上的根据本发明的防反射膜322。表3示出防反射膜322的设计值。防反射膜322包括通过真空沉积法形成的基底层，和形成于基底层上的低折射率层。此实施方案中，基底层为如表3中示出的包括氧化铝和氧化锆的4层交替层的电介质薄膜层。
接合透镜310通过与根据实施例1和2的接合透镜的基本上相同的方法来制造。现在将对根据此实施例的接合透镜310的制造方法与根据实施例1和2的接合透镜的不同给出描述。
此实施例使用作为粘接剂的Cemedine Co.Ltd.的双组分粘接剂1565。将凹弯月形透镜311和凸弯月形透镜312彼此贴合，使得粘接剂的厚度为10μm。然后，擦拭掉过量的粘接剂，并且将粘接剂放置在23℃的室温下24小时且固化。接下来，将内表面防反射涂料(遮光涂料)Canon Chemicals Co.的GT-7II施涂至透镜的外周部(边缘)。
根据此实施例的防反射膜322中的低折射率层以与实施例1中基本上相同的方式来形成。凹弯月形透镜311的玻璃材料的线性膨胀系数α1为56[×10-7K-1]，并且凸弯月形透镜312的玻璃材料的线性膨胀系数α2为145[×10-7K-1]。由于89[×10-7K-1]的大的线性膨胀系数差和接合面331的84.0mm的大的外径，接合透镜310甚至在约40℃的温度下也非常可能造成粘接剂剥离并且透镜表面精度劣化。然而，根据本发明的低折射率层可以在23℃的室温下固化，并且诸如剥离和表面精度劣化等的问题不会发生。
图11A和11B示出防反射膜322的光谱反射率特性。防反射膜322具有对430nm～670nm波长的高防反射功能。更具体地，它对入射角为0°～30°的光线具有约0.1％以下的高防反射性能，和对入射角为45°的光线具有约0.5％以下的高防反射性能。因此，包括接合透镜310的光学系统，例如照相机透镜具有可以抑制诸如闪光和重影等不必要的光的高质量。
表3
实施例4
图12为根据此实施例的光学系统101的截面图。根据此实施方案的光学系统101设置在摄像设备中。摄像设备包括摄像元件103，例如CCD和CMOS，其接收由光学系统101形成的图像。光学系统101可以通过未示出的镜筒(保持件)保持，并且镜筒可以可拆卸地安装至摄像设备。
光学系统101为变焦透镜，其从物体侧起依次包括具有正折射力(positiverefractive power)的第一透镜单元L1、具有负折射力(negative refractive power)的第二透镜单元L2、具有正折射力的第三透镜单元L3、和具有正折射力的第四透镜单元L4。光学系统101包括光圈(aperture stop)102。
在从广角端到远摄端的变焦中，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3在光轴上移动以便使第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的距离变宽并且使第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的距离变窄。
第一透镜单元L1包括从物体侧包括具有正折射力的单透镜的第1a透镜单元L1a，和具有完全正折射力的第1b透镜单元L1b。在从无限远物体聚焦至近的(或短距离)物体时，第1b透镜单元1b在光轴上移动至物体侧。
数值实施例1示出根据此实施例的设计值和在变焦时的透镜表面距离或间隔，其中(a)示出光学系统101的设计值，R为透镜的曲率半径，D为表面距离(透镜中心厚度)，n为对d-线的折射率，并且ν为阿贝数。
在根据此实施例的光学系统101中，第二透镜单元L2在变焦时显著移动，并且用于限制在所有位置处的闪光和重影的光学设计是困难的。特别地，在由虚线表示的第七个透镜图像侧面中，曲率半径无穷大(或是平面)，并且摄像元件103的表面上反射的光再次反射且很可能到达图像平面，造成重影。因此，此实施例形成了在第七个透镜成像侧面上的根据本发明的防反射膜422。
第七个透镜介由粘接剂贴合至第六个透镜，并且形成接合透镜410。第六个透镜由对d-线的折射率nd为1.516的OHARA Corp.的S-BSL7制成。第七个透镜由对d-线的折射率nd为1.847的OHARA Corp.的S-TIH53W制成。接合透镜410的接合面的外径为28.4mm。
此实施例如在实施例2中一样使用DENKA Co.,Ltd.的多烯多硫醇系粘结剂OP-1055H用于粘结剂。将第六个透镜和第七个凹透镜彼此贴合，使得粘接剂的厚度为5μm，向其上照射UV光，然后擦拭掉过量的粘接剂。接下来，将内表面防反射涂料(遮光涂料)CanonChemicals Co.的GT-7II施涂至透镜的外周部(边缘)。此实施例形成了在接合透镜410的光入射面上的由电介质薄膜层制成的普通防反射膜，和在接合透镜410的光出射面上的根据本发明的防反射膜422。表4示出防反射膜422的设计值。防反射膜422包括通过真空沉积法形成的基底层(底层)，和形成于基底层上的低折射率层。此实施方案中，基底层为如表4中示出的包括氧化铝和氧化锆的8层交替层的电介质薄膜层。
除了适当地调整溶剂等的比例之外，根据此实施例的防反射膜422中的低折射率层通过与实施例1中基本上相同的方式来形成。第六个透镜的玻璃材料的线性膨胀系数α1为72[×10-7K-1]，并且第七个透镜的玻璃材料的线性膨胀系数α2为88[×10-7K-1]。16[×10- 7K-1]的小的线性膨胀系数差用于使施涂至边缘的内表面防反射涂料GT-7II固化，低折射率层形成并且通过对流式烤箱在40℃的温度下干燥60分钟。依照硅基板上形成的根据此实施例的低折射率层的分析，低折射率层中的溶剂残余量为1.8mg/cm3，粘结剂量为0.6wt％。
图13A和13B示出防反射膜422的光谱反射率特性。防反射膜422具有对430nm～670nm波长的高防反射功能。更具体地，它对入射角为0°～30°的光线具有约0.08％以下的高防反射性能，和对入射角为45°的光线具有约0.5％以下的高防反射性能。因此，甚至当可能引起重影的透镜在变焦时移动时，其也可以抑制诸如闪光和重影等不必要的光，光学系统101也具有高质量。
表4
数值实施例1
(a)
*曲率半径(R)和表面距离(D)的单位为mm。
折射率(N)是对波长为587.56nm的d-线的值。
ν为阿贝数。
(b)
*单位：mm
表5示出根据实施例1～4的接合透镜的数值。
表5
实施例1～4讨论了通过将两个透镜彼此贴合而制成的说明性接合透镜，但是本发明不限于这些实施例。本发明也可应用于通过将三个以上的透镜相互贴合而制成的接合透镜。根据实施例1～4的接合透镜在光出射面上形成根据本发明的防反射膜，但是也可以在光入射面上形成它。根据实施例4的光学系统具有一个根据本发明的接合透镜，但是可包括多个根据本发明的接合透镜。
虽然已经参照示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解本发明不限于所公开的示例性实施方案。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (16)

1.一种光学元件，其包括：
多个基材；
将所述多个基材彼此接合的粘接剂；和
设置到所述光学元件的光入射面和光出射面中的至少一者的防反射膜，
其特征在于，所述防反射膜包括第一层，所述第一层包含具有醚键和酯键中的至少一种、具有4～7个碳原子、具有支化结构的醇，
其中所述第一层中的所述醇的含量为0.5mg/cm3～5.0mg/cm3，并且
其中所述第一层对波长为550nm的光的折射率为1.1～1.3。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述防反射膜包括其上设置有所述第一层的基底层。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述基底层包括电介质薄膜层。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一层由多孔材料制成。
5.根据权利要求4所述的光学元件，其特征在于，所述多孔材料包括氧化硅和氟化镁中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的光学元件，其特征在于，所述多孔材料包括二次颗粒和具有硅氧烷键的粘结剂，所述二次颗粒是由多个平均粒径为5nm～40nm的以氧化硅颗粒为主成分的颗粒相互连接而成。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述醇包括1-丙氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、2-异丙氧基乙醇、3-甲氧基-1-丁醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、乳酸甲酯和乳酸乙酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述醇包括1-丙氧基-2-丙醇和乳酸乙酯。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一层中的所述醇的含量为1.0mg/cm3～2.8mg/cm3。
10.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述基底层的表面具有在JIS K5600中规定的铅笔硬度试验下的B以上的表面硬度。
11.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述粘接剂由丙烯酸系、环氧系和多烯多硫醇系的任一种制成。
12.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述基底层包括氧化锆、氧化钽、氧化铌、氮化硅、氧氮化硅、氧化钛、氧化铈、氧化铪、氧化铝、氧化硅和氟化镁中的两种以上。
13.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件包括介由所述粘接剂彼此贴合的第一透镜和第二透镜，并且满足以下条件：
2.0×102≤φc×|α1-α2|≤2.0×104
其中α1为所述第一透镜的材料的线性膨胀系数，α2为所述第二透镜的材料的线性膨胀系数，φc为所述第一透镜和所述第二透镜之间的接合面的外径，其中α1和α2的单位为×10- 7K-1，φc的单位为mm。
14.根据权利要求13所述的光学元件，其特征在于，满足以下条件：
5.0×102≤φc×|α1-α2|≤1.0×104。
15.一种光学系统，其特征在于，其包括：
根据权利要求1～14任一项所述的光学元件；和
构造成保持所述光学元件的保持件。
16.一种摄像设备，其特征在于，其包括：
包括根据权利要求1～14任一项所述的光学元件的光学系统；和
构造成接收通过所述光学系统形成的图像的摄像元件。
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