CN111133342A - 透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式的透镜具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在透镜主体的表面的无机膜。高分子材料的吸水率大于0质量％且为0.05质量％以下。无机膜的维氏硬度为600HV以上。

Description

透镜
技术领域
本发明涉及透镜。
背景技术
作为透镜等光学部件的材料，已知有具有透光性的高分子材料。在使用高分子材料时，能够通过使用模具的成型加工而大量地成型出透镜。另外，高分子材料的比重低于玻璃等无机材料，因此能够实现包含透镜在内的装置整体的轻量化。
作为这样的以高分子材料作为形成材料的透镜(下文中有时称为“塑料透镜”)，已知有为了防止反射而在表面设置由无机材料形成的电介质多层膜的构成。另外，作为塑料透镜，已知有为了抑制透镜表面划伤而在透镜的透光面形成硬涂膜(无机膜)的构成。
近年来，上述那样的塑料透镜的用途正在扩大。例如，在车载用的摄像装置中应用塑料透镜时，能够实现装置的轻量化，是优选的。另一方面，车载用的摄像装置在设置于车内的情况下，会暴露于高温环境下，在设置于车外的情况下，会暴露于高湿环境下。因此，对于这样的装置中使用的塑料透镜，要求具有可耐受高温高湿这样苛刻使用环境的耐久性。
但是，构成透镜的高分子材料与构成电介质多层膜等的无机材料的热膨胀率存在较大差异。因此，对于在表面具有无机膜的塑料透镜，可能由于热应力而使无机膜发生破损。
另外，构成透镜的高分子材料的吸水率大于玻璃等无机材料。因此，若塑料透镜吸水，则会由于透镜的体积膨胀而对无机膜施加应力，可能使无机膜发生破损。
针对这样的课题，已知有下述构成的透镜，其中，在塑料透镜与电介质多层膜之类的无机膜之间设置缓和应力的中间层来抑制无机膜的破损(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-72451号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在采用上述构成的情况下，在透镜的制造工序中需要用于形成中间层的设备。另外，为了形成中间层，要增加工序，使生产效率降低。因此，要求有在不设置中间层的情况下能够抑制无机膜的破损的透镜。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供不形成中间层而在高温高湿环境下显示出高耐久性的透镜。
用于解决课题的手段
根据本发明的第1方式，提供一种透镜，其具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在上述透镜主体的表面的无机膜，上述高分子材料的吸水率大于0质量％且为0.05质量％以下，上述无机膜的维氏硬度为600HV以上。
根据本发明的第2方式，提供一种透镜，其具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在上述透镜主体的表面的无机膜，上述高分子材料的吸水率大于0.05质量％且为0.1质量％以下，上述无机膜的维氏硬度为600HV以上。
根据本发明的第3方式，提供一种透镜，其具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在上述透镜主体的表面的无机膜，上述高分子材料的吸水率大于0.1质量％且为0.15质量％以下，上述无机膜的维氏硬度为800HV以上。
根据本发明的第4方式，提供一种透镜，其具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在上述透镜主体的表面的无机膜，上述高分子材料的吸水率大于0.15质量％且为0.2质量％以下，上述无机膜的维氏硬度为850HV以上。
发明效果
根据本发明，能够提供在高温高湿环境下显示出高耐久性的透镜。
附图说明
图1是示出实施方式的透镜的示意图。
图2是无机膜20为电介质多层膜的情况下的透镜1的示意图。
图3是示出实施例的结果的散点图。
具体实施方式
[透镜]
以下参照图1、图2对本发明的第1实施方式的透镜进行说明。需要说明的是，以下的全部附图中，为了易于观察附图，使各构成要素的尺寸、比例等适当地不同。
图1是示出本实施方式的透镜的示意图。如图中所示，本实施方式的透镜1具备透镜主体10以及无机膜20。图中所示的透镜1在例如将多个透镜组合而成的透镜光学系统中适合用作从物体侧数第2个以后的透镜。
(透镜主体)
透镜主体10是包含高分子材料的成型体。作为透镜主体10的形成材料的高分子材料可以使用热塑性树脂。详细地说，关于作为透镜主体10的形成材料的高分子材料，可以使用聚碳酸酯(PC)、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)等热塑性树脂。
另外，在无损于透镜主体10的透光性的范围内，高分子材料可以与稳定剂、抗氧化剂、填料、折射率调整剂等各种添加剂合用。
透镜主体10具有：沿着透镜主体10的光轴L观察到的一个面S1；与一个面S1对置的另一个面S2；以及沿着透镜主体10的周向延伸且与一个面S1和另一个面S2交叉地相交的周面S3。
一个面S1包含沿着光轴L观察与光轴L重叠的凹面Sa、以及配置在凹面Sa的周围且与凹面Sa连续的平坦面Sb。凹面Sa为透光面。在沿着透镜主体10的光轴L观察一个面S1的视野中，凹面Sa形成为以光轴L的位置为中心的圆形。
另外，在透镜主体10中，另一个面S2形成为凸面。另一个面S2为透光面。
透镜主体10是所谓的弯月形透镜。另外，透镜主体10中，凹面Sa的曲率设计得比另一个面S2的曲率更大，具有负屈光度。
(无机膜)
无机膜20设置在透镜主体10的另一个面S2的整个面上。在图中所示的透镜1中，作为无机膜20，可以举出作为防反射膜发挥功能的电介质多层膜、作为防止透镜主体10划伤的膜发挥功能的硬涂膜。
图2是无机膜20为电介质多层膜的情况下的透镜1的示意图。
无机膜20为电介质多层膜的情况下，无机膜20通过将折射率不同的2种无机材料隔着掩模交替蒸镀进行成膜而得到。这样的无机膜20对透镜1赋予防止反射的功能。
无机膜20例如是包含SiO2的第1膜21和折射率高于第1膜21的第2膜22交替层积而成的层积体。详细地说，第1膜21包含SiO2(折射率：1.46)和Al2O3(折射率：1.77)。蒸镀源中的SiO2和Al2O3的混配比可以根据第1膜21的折射率的设计来决定。
第2膜22例如包含Ta2O5(折射率：2.16)和TiO2(折射率：2.49)。蒸镀源中的Ta2O5和TiO2的混配比可以根据第2膜22的折射率的设计来决定。
在图中所示的无机膜20中，示出了第1膜21和第2膜22交替层积合计7层而成的结构。
发明人对于上述那样的构成的透镜进行了各种研究，结果发现，若为将构成透镜主体10的高分子材料的吸水率和无机膜的硬度分别限定在特定范围的透镜，则在高温高湿环境下显示出高耐久性，从而完成了发明。
首先，对于第1方式的透镜，构成透镜主体10的高分子材料的吸水率大于0质量％且为0.05质量％以下。在这样的透镜中，无机膜20的维氏硬度为600HV以上。
另外，对于第2方式的透镜，构成透镜主体10的高分子材料的吸水率大于0.05质量％且为0.1质量％以下。在这样的透镜中，无机膜20的维氏硬度为600HV以上。
在第2方式的透镜中，无机膜20的维氏硬度优选为800HV以上。
另外，对于第3方式的透镜，构成透镜主体10的高分子材料的吸水率大于0.11质量％且为0.15质量％以下。在这样的透镜中，无机膜20的维氏硬度为800HV以上。
在第3方式的透镜中，无机膜20的维氏硬度优选为900HV以上。
另外，对于第4方式的透镜，构成透镜主体10的高分子材料的吸水率大于0.15质量％且为0.2质量％以下。在这样的透镜中，可以举出无机膜20的维氏硬度为850HV以上的透镜。
需要说明的是，在本说明书中，高分子材料的吸水率使用按照JIS K7209中规定的方法测定得到的值。
另外，在本说明书中，维氏硬度使用将按照ISO14577中规定的纳米压痕法在下述试验条件下测定出的测定结果换算成维氏硬度而得到的值。(试验条件)试验力：0.4mN试验力到达时间：10秒试验力保持时间：0秒试验力去载时间：10秒使用压头：维氏压头
高分子材料的吸水率取决于所使用的高分子材料的物性。另外，无机膜20的维氏硬度取决于无机膜20的组成、无机膜20成膜时的成膜条件。
例如，无机膜20是将无机材料进行离子辅助蒸镀而得到的蒸镀膜的情况下，可以如下调整无机膜20的维氏硬度。
首先，将作为蒸镀源使用的无机材料变更为硬度相对高于最初的无机材料的无机材料时，所得到的无机膜的维氏硬度提高。
另外，在与上述无机膜的制造时相比使蒸镀温度相对更低时，所得到的无机膜的维氏硬度倾向于增高。另外，在与上述无机膜的制造时相比使辅助条件(离子加速电压、离子加速电流)相对增大时，所得到的无机膜的维氏硬度倾向于增高。
在本实施方式中，通过适当地变更上述那样的作为透镜主体10的形成材料的高分子材料的种类、作为无机膜20的形成材料的无机材料的种类、无机膜20的成膜条件，能够制成上述第1方式至第4方式中任一方式的透镜。
根据以上那样的构成的透镜，能够提供一种在透镜主体10和无机膜20之间不形成用于缓冲应力的中间层而在高温高湿环境下显示出高耐久性的透镜。
以上参照附图对本发明的优选实施方式例进行了说明，但并不是说将本发明限定于该例。上述例中示出的各构成部件的各种形状、组合等为一例，可以在不脱离本发明宗旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。
实施例
以下通过实施例说明本发明，但本发明并不被这些实施例所限定。
在本实施例中，在以高分子材料作为形成材料的基板
Figure BDA0002379447840000051
的表面形成电介质多层膜(无机膜)而制作试验片，对于所得到的试验片评价高温高湿环境下的耐久性。所得到的试验片是在塑料透镜上形成有无机膜的透镜的模型样品。
试验片中使用的高分子材料如下所述。高分子材料1：COP1(Tg：138℃、吸水率：<0.01质量％)高分子材料2：COP2(Tg：164℃、吸水率：0.17质量％)高分子材料3：COC(Tg：153℃、吸水率：0.01质量％)高分子材料4：PC1(Tg：145℃、吸水率：0.07质量％)高分子材料5：PC2(Tg：156℃、吸水率：0.12质量％)
COP表示环状烯烃聚合物，COC表示环状烯烃共聚物，PC表示聚碳酸酯。
高分子材料1和高分子材料3包含在本发明中所限定的“吸水率大于0质量％且为0.05质量％以下”的范围。高分子材料4包含在本发明中所限定的“吸水率大于0.05质量％且为0.1质量％以下”的范围。高分子材料5包含在本发明中所限定的“吸水率大于0.1质量％且为0.15质量％以下」的范围。高分子材料2包含在本发明所限定的“吸水率大于0.15质量％且为0.2质量％以下”的范围。
另外，无机膜的制作中使用的无机材料如下所述。(低折射率材料)无机材料1：SiO2无机材料2：SiO2+Al2O3(SiO2：Al2O3＝97：3)无机材料3：SiO2+Al2O3(SiO2：Al2O3＝93：7)
(高折射率材料)无机材料4：Ta2O5+TiO2(Ta2O5：TiO2＝4：1)
电介质多层膜是在基板上进行低折射材料膜(上述的第1膜)的成膜并按以下顺序交替进行高折射材料膜(上述的第2膜)和第1膜的成膜而形成的。在各试验片中，作为电介质多层膜，制作出第1膜形成了4层、第2膜形成了3层的合计7层的层积膜。通过对成膜条件进行调整，使所制作的电介质多层膜的第1膜、第2膜的各膜厚和合计膜厚在各试验片中一定。电介质多层膜的合计膜厚为300nm。
另外，在电介质多层膜的成膜时，通过变更蒸镀温度、辅助条件，形成了维氏硬度不同的电介质多层膜。条件1：蒸镀温度-第1设定温度、辅助条件-第1离子加速电压条件2：蒸镀温度-第1设定温度、辅助条件-第2离子加速电压条件3：蒸镀温度-第2设定温度、辅助条件-第1离子加速电压条件4：蒸镀温度-第2设定温度、辅助条件-第2离子加速电压([第1设定温度]<[第2设定温度]，[第1离子加速电压]<[第2离子加速电压])如上所述，与在第2设定温度下进行成膜的情况相比，在蒸镀温度相对更低的第1设定温度下，所得到的无机膜的维氏硬度倾向于增高。另外，与在第1离子加速电压进行成膜的情况相比，在辅助条件相对更强的第2离子加速电压下，所得到的无机膜的维氏硬度倾向于增高。
(评价)将所制作的试验片在温度85℃、湿度85％的条件下进行保存，每250小时观察无机膜的剥落，直至1000小时为止。根据截至发生无机膜的剥落为止的时间如下对各试验片进行评价。◎：经过1000小时时无膜剥落。○：经过1000小时时确认到膜剥落。△：经过500小时时确认到膜剥落。×：经过250小时时确认到膜剥落。
在评价中，“◎”为最好，“○”、“△”的评价依次降低，“×”为最差的评价。另外，将“◎”“○”“△”分别判断为合格品，“×”判断为不合格品。
将评价结果示于表1～5和图3。
[表1]
Figure BDA0002379447840000071
[表2]
Figure BDA0002379447840000072
[表3]
Figure BDA0002379447840000073
[表4]
Figure BDA0002379447840000081
[表5]
Figure BDA0002379447840000082
根据评价的结果，在以高分子材料1或高分子材料3作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为600HV以上的无机膜，抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
另外，在以高分子材料4作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为600HV以上的无机膜，抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
此外，在以高分子材料4作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为800HV以上的无机膜，能够更可靠地抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
另外，在以高分子材料5作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为800HV以上的无机膜，抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
进而，在以高分子材料5作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为900HV以上的无机膜，能够更可靠地抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
另外，在以高分子材料2作为形成材料的基板中，通过设置维氏硬度为850HV以上的无机膜，抑制了在高温高湿条件下保存后的无机膜的剥落。
基于以上的结果可认为，在使用各高分子材料形成透镜主体并在该透镜主体的表面分别形成由本实施方式制作的无机膜的情况下，高温高湿条件下的耐久性均显示出了同样的倾向。
根据以上的结果可确认本发明是有用的。
符号说明
1…透镜、10…透镜主体、20…无机膜、21…第1膜、22…第2膜、S1…一个面、S2…另一个面。

Claims (18)

1.一种透镜，其中，该透镜具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在所述透镜主体的表面的无机膜，所述高分子材料的吸水率大于0质量％且为0.05质量％以下，所述无机膜的维氏硬度为600HV以上。
2.如权利要求1所述的透镜，其中，所述无机膜为电介质多层膜，所述电介质多层膜是包含SiO2的第1膜和折射率高于所述第1膜的第2膜交替层积而成的层积体。
3.如权利要求2所述的透镜，其中，所述第1膜包含SiO2和Al2O3。
4.如权利要求2或3所述的透镜，其中，所述第2膜包含Ta2O5和TiO2。
5.一种透镜，其中，该透镜具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在所述透镜主体的表面的无机膜，所述高分子材料的吸水率大于0.05质量％且为0.1质量％以下，所述无机膜的维氏硬度为600HV以上。
6.如权利要求5所述的透镜，其中，所述无机膜的维氏硬度为800HV以上。
7.如权利要求5或6所述的透镜，其中，所述无机膜为电介质多层膜，所述电介质多层膜是包含SiO2的第1膜和折射率高于所述第1膜的第2膜交替层积而成的层积体。
8.如权利要求7所述的透镜，其中，所述第1膜包含SiO2和Al2O3。
9.如权利要求7或8所述的透镜，其中，所述第2膜包含Ta2O5和TiO2。
10.一种透镜，其中，该透镜具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在所述透镜主体的表面的无机膜，所述高分子材料的吸水率大于0.1质量％且为0.15质量％以下，所述无机膜的维氏硬度为800HV以上。
11.如权利要求10所述的透镜，其中，所述无机膜的维氏硬度为900HV以上。
12.如权利要求10或11所述的透镜，其中，所述无机膜为电介质多层膜，所述电介质多层膜是包含SiO2的第1膜和折射率高于所述第1膜的第2膜交替层积而成的层积体。
13.如权利要求12所述的透镜，其中，所述第1膜包含SiO2和Al2O3。
14.如权利要求12或13所述的透镜，其中，所述第2膜包含Ta2O5和TiO2。
15.一种透镜，其中，该透镜具备包含高分子材料的透镜主体、以及形成在所述透镜主体的表面的无机膜，所述高分子材料的吸水率大于0.15质量％且为0.2质量％以下，所述无机膜的维氏硬度为850HV以上。
16.如权利要求15所述的透镜，其中，所述无机膜为电介质多层膜，所述电介质多层膜是包含SiO2的第1膜和折射率高于所述第1膜的第2膜交替层积而成的层积体。
17.如权利要求16所述的透镜，其中，所述第1膜包含SiO2和Al2O3。
18.如权利要求16或17所述的透镜，其中，所述第2膜包含Ta2O5和TiO2。
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