CN111505746A - 复合光学元件、光学装置和摄像装置 - Google Patents

复合光学元件、光学装置和摄像装置 Download PDF

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Abstract

复合光学元件包括顺序层叠的第一基材、光学树脂层、粘接层和第二基材以致将该光学树脂层和该粘接层夹持在该第一基材和该第二基材的光入射/出射表面之间。该粘接层的厚度沿着从中心向该粘接层的外周延伸的直线变化。具体地，沿着该直线的厚度在第一位置与第二位置之间的中间位置处大于在该第一位置处的厚度和在该第二位置处的厚度中的任一者。该第一位置与该中心相距该光学树脂层的半径的0.8倍，并且该第二位置对应于该粘接层的外周。

Description

复合光学元件、光学装置和摄像装置
技术领域
本发明涉及将一个或多个玻璃制(或硬塑料制)基材与树脂制构件复合而形成的复合光学元件。更具体地，本发明涉及复合光学元件，其包括一对基材、光学树脂层和粘接层，该光学树脂层和该粘接层配置在一对基材之间。
背景技术
近年来，响应于对具有改善的性能的摄像装置例如照相机和摄像机的需求，要求用于形成装备有摄像光学系统的光学设备的光学元件例如透镜发挥改善的光学功能并且显示出优异的耐环境性。为了校正由于球形透镜的使用而产生的色差而在光学系统中配置附加的透镜的已知技术在通过使用多个透镜来形成光学设备的光学系统的情况下正普遍地被采用。
日本专利申请公布No.2010-117472公开了一种复合光学元件以用作用于校正色差的透镜，其通过将第一光学元件(其为玻璃基材)、在第一光学元件的显示凸面形状的光入射/出射表面上形成的树脂层、具有显示凹面形状的光入射/出射表面并且通过粘接层粘接于树脂层的第二光学元件(其为玻璃基材)依次层叠而形成。该树脂层具有不均匀并且在中心处最大且朝向其外周边缘连续地减小的膜厚。具有不均匀的膜厚的树脂层的校正色差的效果随着中心处的最大膜厚与外周边缘处的最小膜厚之比(该比称为不均匀厚度比)增大而提高。因此，要求具有树脂层(其显示出大的不均匀厚度比)的光学元件。
但是，在日本专利申请公布No.2010-117472中公开的复合光学元件中，包括一对玻璃基材、树脂层和粘接层的其部件由不同的材料制成，因此它们的线膨胀系数和弹性模量彼此不同。因此，当复合光学元件周围的环境温度变化时，由于它们的热膨胀系数之间的差异而产生内部变形。特别地，当相对于玻璃基材具有大的热膨胀系数的树脂层显示出大的不均匀厚度比时，内部变形将响应于环境温度的变化而变得显著大。因此，日本专利申请公布No.2010-117472中公开的光学元件伴有如下问题：当环境温度大幅地变化时，树脂层和粘接层变得易于彼此剥离。
鉴于上述问题，日本专利申请公布No.2016-194609公开了一种复合光学元件，其中通过减小一对玻璃基材中的一个的外周部分(外周边缘区域)处的厚度而使树脂层与粘接层之间产生的内部变形减小，由此改善该复合光学元件的耐热性。
但是，尽管日本专利申请公布No.2016-194609中公开的复合光学元件能够通过提高基材的柔性而使树脂层与粘接层分离的风险最小化，但具有减小的膜厚的基材的外周部分(外周边缘区域)在该复合光学元件所属的光学系统中成为光学无效区域。这意味着不可避免地使该复合光学元件具有大的外径。
本发明鉴于上述技术背景而完成并且提供复合光学元件，其包括一对基材、光学树脂层和粘接层，将该光学树脂层和该粘接层配置在这一对基材之间，即使减小其外径时也显示出优异的耐环境性。
发明内容
根据本发明的复合光学元件包括：第一基材，其具有从中心向其外周延伸的光入射/出射表面，该中心与该光学元件的光轴对准；光学树脂层，其从该中心向其外周延伸；粘接层，其从该中心向其外周延伸；和第二基材，其具有从该中心向其外周延伸的光入射/出射表面；将该第一基材、该光学树脂层、该粘接层和该第二基材以上述顺序依次层叠；将该光学树脂层和该粘接层夹持在该第一基材的光入射/出射表面与该第二基材的光入射/出射表面之间，其中该粘接层具有沿着从该中心向该粘接层的外周延伸的直线变化的厚度，该厚度在位于第一位置与第二位置之间的中间位置处大于在该第一位置处和在该第二位置处，该第一位置对应于与该中心相距从该中心到该光学树脂层的外周的距离的0.8倍的点，该第二位置对应于该粘接层的外周。
由以下参照附图对例示实施方式的说明，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1为根据本发明的复合光学元件的横截面示意图。
图2为根据本发明的复合光学元件的外周部的横截面示意图。
图3A、3B、3C、3D和3E为根据本发明的复合光学元件的制造方法的示意图，表示其不同的制造步骤。
图4为通过使用一个或多个根据本发明的复合光学元件而形成的摄像装置的横截面示意图。
具体实施方式
在复合光学元件中，包括玻璃制(或硬塑料制)基材、光学树脂层和粘接层的各个部件的材料彼此不同，因此这些部件的线膨胀系数和弹性模量彼此不同。更具体地，光学树脂层和粘接层由树脂材料制成，与由玻璃(或硬塑料)制成的基材相比其线膨胀系数显示出大的值并且其弹性模量显示出小的值。因此，当环境温度变化时，尽管光学树脂层的靠近与基材的界面的部分的变形和粘接层的靠近与基材的界面的部分的变形受到具有小的线膨胀系数的基材抑制，但远离与基材的界面的部分的变形主要由它们自身的线膨胀系数支配。因此，在两个基材之间夹持的光学树脂层以及粘接层中大幅变形的部分和轻微变形的部分共存以产生内部变形。此外，如果光学树脂层显示出大的不均匀厚度比，则在中心处产生的应力与沿着其外周产生的应力显示出大的差异。
当在光学树脂层与粘接层之间的界面上在法线方向上观察应力时，存在迫使这两个层彼此靠近的压缩应力和迫使这两个层彼此分开的拉伸应力。在这些应力中，如果拉伸应力超过光学树脂层和粘接层沿着这两层的界面的粘合力，则它们逐渐彼此层离。因此，重要的是增大沿着这两层的界面的粘合力并且减小这里的拉伸应力以防止光学树脂层与粘接层彼此层离。
例如，在日本专利申请公布No.2016-194609中公开的光学元件中，使基材具有显示出小的厚度的外周区域。采用这样的配置，当沿着树脂层与粘接层的界面产生拉伸应力时，由于该应力而容易使基材变形(弯曲)，继而防止树脂层和粘接层彼此层离。但是，当使基材的厚度在其外周区域处减小时，不能用作光学有效区域的基材的周围面积增大以产生如下问题：不可避免地需要增大光学元件的外径。
与其相比，具有上述构成的根据本发明的复合光学元件能够使不能用作光学有效区域的外周面积的增大最小化，以致本发明提供一种复合光学元件，即使当其具有小的外径时也显示出优异的耐环境性。
本发明提供复合光学元件，包括：第一基材，其具有从中心向其外周延伸的光入射/出射表面，该中心与该光学元件的光轴对准(相当)；光学树脂层，其从该中心向其外周延伸；粘接层，其从该中心向其外周延伸；和第二基材，其具有从该中心向其外周延伸的光入射/出射表面；将该第一基材、该光学树脂层、该粘接层和该第二基材以上述顺序依次层叠；将该光学树脂层和该粘接层夹持在该第一基材的光入射/出射表面与该第二基材的光入射/出射表面之间，其中该粘接层具有沿着从该中心向该粘接层的外周延伸的直线变化的厚度，该厚度在位于第一位置与第二位置之间的中间位置处大于在该第一位置处和在该第二位置处，该第一位置对应于与该中心相距从该中心到该光学树脂层的外周的距离的0.8倍的点，该第二位置对应于该粘接层的外周。
首先，在根据本发明的复合光学元件中，使光学树脂层的外径大于粘接层的外径并且不存在形成为粘附于两个基材的层。于是，结果由于环境温度的变化而发生膨胀和压缩时，没有产生任何在复合光学元件的一个单一层中集中出现的应力。因此，使层彼此层离的风险被最小化。
此外，在根据本发明的复合光学元件中，在从中心向其外周边缘延伸的直线上测定的直径等于0.8φr的以光学元件的光轴为中心的圆上的粘接层的厚度He(该直径也对应于光学上被利用的区域(光学有效区域)的外径)以及直径等于φa的也以光学元件的光轴为中心的圆上可连续地配置或可不连续地配置的点处的粘接层的厚度Ha(该圆设为在上述圆的外侧并且在光学上未被利用的区域中)满足He<Ha的关系要求。由于粘接层未在光学上被利用而只是配置用于使光学树脂层和第二基材彼此粘附，因此要求使He尽可能小(并且要求使粘接层在光学有效区域中尽可能薄)。如果He具有大的值(因此粘接层在光学有效区域中具有大的厚度)并且环境温度变化，则由于粘接层的热膨胀而使该复合光学元件变形并且该复合光学元件的折射率大幅地波动，因此使光学元件的性能劣化。另一方面，由于使Ha大于He(因此使光学有效区域外侧的区域中的粘接层的厚度大于粘接层在直径等于光学有效区域的外径的圆上的厚度)，因此即使环境温度变化也将光学元件的光学性能保持在其原始的高水平并且将使这些层彼此层离的任何风险最小化。这是因为，相对于基材的弹性模量和光学树脂层的弹性模量，粘接层的弹性模量非常小，因此使在粘接层中产生的应力降低和/或广泛地分散。此外，由于其直径等于φa的圆出现在未在光学上被利用的区域中，因此即使使粘接层在该圆上具有大的厚度，粘接层也不会对光学元件的性能产生不利影响。
而且，在根据本发明的复合光学元件中，粘接层在直径等于φb的圆(该直径φb不大于粘接层的外径φg并且该圆位于直径等于φa的圆的外侧)上的厚度Hb满足Ha>Hb的关系要求，其中Ha为粘接层在直径φa的圆上的厚度。应指出地是，粘接层的厚度从直径等于φa的圆向外周边缘(具有φg的外径)连续地变化。因此，粘接层在具有φa的直径的圆上的厚度Ha大于粘接层在其外周边缘处的厚度。要求使粘接层在直径等于φa的圆上的厚度尽可能大以分散应力并且使层离的风险最小化。但是，如果粘接层的厚部从具有直径φa的圆持续到具有直径φg的粘接层的外周边缘，则大量的湿气能够从外部渗透到光学元件中以产生鼓胀变形和界面上粘合性的降低。于是，特别是当长时期操作光学元件时能够经常发生复合光学元件的层的层离，这是因为粘接层的弹性模量具有小的值并且湿气能够容易地通过粘接层。因此，通过使粘接层在位于具有直径φa的圆的外侧并且其直径等于φb(该直径φb不大于粘接层的外径φg)的圆上的厚度减小，从而减小湿气的渗透并且使层离的风险最小化。顺便提及，尽管以上出于解释的方便，假设对应于直径φa、φb和φg的位置在所有方向上(即，位于圆上)与中心相距相同的距离，但对于所有的方向，它们可不完全地相同。但是，优选设置对于所有方向(即，在环中)以基本上相同的距离具有增大的厚度的部分，原因在于这样的构成将均匀地分散应力。
应指出地是，当粘接层的厚度满足1.2He<Ha的要求并且Ha大于粘接层在其外周边缘处的厚度的1.2倍时，能够更可靠地获得防止层离发生的效果。这是因为，当Ha大于He的1.2倍时进一步改善粘接层的应力分散效果并且当Ha大于粘接层在其外周边缘处的厚度的1.2倍(并因此使粘接层的厚度进一步从Ha朝向粘接层的外周边缘减小)时能够更有效地减小从外部渗透到粘接层中的湿气的量。
而且，当粘接层的厚度在其任何任意选择的点处不小于1μm且不大于100μm时，能够更可靠地获得防止层离发生的效果。换言之，当粘接层的厚度的最小值小于1μm时，粘接层可能有时无法令人满意地发挥其应力分散效果。另一方面，当粘接层的厚度的最大值大于100μm时，粘接层响应于环境温度的变化而大幅地膨胀和收缩以产生对光学元件的性能造成不利影响的风险。
此外，当粘接层的弹性模量不大于光学树脂层的弹性模量的1/5时，仍能够更可靠地获得防止层离发生的效果。另一方面，当粘接层的弹性模量大于光学树脂层的弹性模量的1/5时，应力分散效果不令人满意并且几乎不能获得防止层离发生的效果。
以下参照表示本发明的目前优选的实施方式的附图对本发明进行说明。但是，应指出地是，本发明绝不受以下所述的实施方式限制。
[光学元件]
图1为根据本发明的光学元件的实施方式的横截面示意图。本实施方式的光学元件包括：第一基材1，其具有显示凸面形状的光入射/出射表面；在该光入射/出射表面上形成的光学树脂层2，其显示第一基材1的凸面形状并且具有从中心向其外周减小的不均匀的膜厚；粘接层3，其显示薄膜状外观并且具有基本上均匀的膜厚；和第二基材4，其与粘接层粘接并且具有显示凹面形状的光入射/出射表面，将这些层以上述顺序层叠。可使光从其任一表面侧进入该光学元件。换言之，可使光从第一基材1侧或第二基材4侧进入该光学元件。
能够用于形成第一基材1和第二基材4的材料不仅包括常用的光学玻璃材料例如硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃，而且包括各种玻璃材料例如石英玻璃和玻璃陶瓷。此外，不仅能够使用玻璃材料而且也能够使用透光(硬)塑料材料形成第一基材1和第二基材4。能够根据光学元件的所需光学性能来适当地选择凸面形状的曲率半径和凹面形状的曲率半径。
在第一基材1上配置光学树脂层2。关于光学树脂层2的轮廓，光学树脂层2具有在其中心及其附近最大且向着其外周边缘连续减小的不均匀的膜厚。光学树脂层2的膜厚是相对于其上形成光学树脂层2的第一基材1的表面在该表面法线方向上的光学树脂层2的厚度。
能够根据光学元件的所需光学特性和光学树脂层2的所需光学特性来为光学树脂层2选择适合的材料。能够用于光学树脂层2的材料的实例包括热固性树脂材料和光固化性树脂材料。为了调节光学树脂层2的光学特性，能够用于形成光学树脂层2的热固性树脂材料和光固化性树脂材料可在分散的状态下含有微粒。从可采用简单的制造工艺的观点出发，优选使用光固化性树脂材料。从能够获得优异的光学特性的观点出发，优选使用丙烯酸系树脂材料。能够用于形成光学树脂层2的丙烯酸系树脂材料包括通过将具有一个或多个丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基并且由以下所示的化学式(1)表示的化合物聚合或共聚而得到的那些。
Figure BDA0002377096550000071
化学式(1)中，X和Y的每一个为选自以下列出的取代基中的取代基。
*-S- *-O-
*-O-CH2CH2-O- *-O-CH2CH2-S-
*-S-CH2CH2-O- *-S-CH2CH2-S-
*-O-CH2CH2CH2-O- *-O-CH2CH2CH2-S-
*-S-CH2CH2CH2-O- *-S-CH2CH2CH2-S-
*-S-CH2CH2CH2CH2-S- *-O-CH2CH2CH2CH2-O-
*-O-CH2CH2CH2CH2-S- *-S-CH2CH2CH2CH2-O-
(其中＊表示与R1或R2的原子键合)
化学式(1)中，R1和R2中的每一个表示选自氢原子、具有一个或两个碳原子的烷基和(甲基)丙烯酰基(以下是指丙烯酰基或甲基丙烯酰基)中的取代基并且Z1和Z2中的每一个表示选自氢原子、卤素原子、具有一个或两个碳原子的烷氧基、具有一个或两个碳原子的烷硫基、具有一个或两个碳原子的未取代的烷基和由以下所示的化学式(2)表示的取代基中的取代基。
Figure BDA0002377096550000081
(其中＊＊表示原子键合并且m表示0或1，而n表示2-4的整数并且R表示氢原子或甲基。)
化学式(1)中，a和b中的每一个表示0-2的整数。a为2时，两个Z1可以彼此相同或不同。b为2时，两个Z2可以彼此相同或不同。
光学树脂层2的最小膜厚不小于10μm并且其最大膜厚不大于3mm。换言之，光学树脂层2的膜厚优选为不小于10μm且不大于3mm。当膜厚小于10μm时，光学元件1的色差校正特征可能不令人满意。另一方面，当膜厚超过3mm时，在膜厚方向上能够产生应力分布以产生裂纹。光学树脂层2的膜厚在中心处可典型地为1mm并且在其外周边缘处可典型地为100μm。
粘接层3为在光学树脂层2上配置的层以将光学树脂层2和第二基材4粘接在一起。粘接层3由树脂材料制成，选择该树脂材料以使将光学树脂层2和第二基材4粘接在一起的力最大化。对粘接层3的树脂材料的种类并无任何特别限制并且可以是热固性树脂材料或光固化性树脂材料。但是，优选使用光固化性树脂材料，原因在于选择光固化性树脂材料用于粘接层3时能够将简单的制造方法用于制造光学元件并且在光学元件制造工艺过程中没有使粘接层显著地变形。
粘接层3的弹性模量优选显著地小于光学树脂层2的弹性模量。更具体地，粘接层3的弹性模量优选小于光学树脂层2的弹性模量的1/5。当粘接层3的弹性模量显著地小于光学树脂层2的弹性模量时，如果由于环境温度的变化而使它们变形，则能够减小在光学树脂层2和粘接层3中产生的应力。粘接层3的弹性模量优选不小于100MPa且不大于1GPa。
粘接层3的膜厚优选在1μm至100μm的范围内。粘接层3的膜厚是相对于粘接层3的其接触第二基材4的表面在表面法线方向上的粘接层3的厚度。当粘接层3的(膜)厚度小于1μm时，不能令人满意地获得粘接层3的应力分散效果。另一方面，当粘接层3的(膜)厚度大于100μm时，粘接层3响应于环境温度的变化而显著地膨胀和收缩以产生对光学元件的性能不利影响的风险。
图2是根据本发明的复合光学元件的周边部分的横截面示意图。尽管对第一基材1的外径和第二基材4的外径并无任何特别限制，但它们典型地为不小于5mm且不大于100mm。光学树脂层2的外径φr小于第一基材1的外径并且优选不小于第一基材1的外径的90％且不大于99％。粘接层3的外径φg小于光学树脂层2的外径φr并且优选不小于φr的90％且不大于99％。选择直径φa和直径φb(φa<φb)以致它们大于0.8φr(其为光学元件的光学上可利用的区域的外径)，并且不超过粘接层3的外径φg，当具有0.8φr、φa和φb的直径的各个圆上的粘接层3的厚度为He、Ha和Hb时，形成粘接层3以致其满足He<Ha的要求，而且满足Ha大于粘接层3的在其外周边缘处的厚度的要求。应指出地是，φa的值在0.8φr的值与φb的值之间并且优选不小于φr的值的81％且不大于95％。此外，发现φb的值在φa的值和φg的值之间(并且可以等于φg)并且优选不小于φr的值的85％且不大于98％。He、Ha和Hb的每一个优选不小于1μm且不大于100μm。此外，优选满足1.2<Ha的要求，而且满足Ha大于粘接层3的在其外周边缘处的厚度的1.2倍的要求。
尽管通过加工接触粘接层3的第二基材4的表面能够得到满足上述要求的粘接层3的膜厚和轮廓，但通过对金属模具在其限定光学树脂层2与粘接层3接触的表面的部分处进行加工，随后将加工的金属模具的轮廓转印到光学树脂层2上，从而能够更容易地获得它们。
[光学元件的制造]
尽管对制造根据本发明的光学元件的方法并无特别限制，但以下将对制造复合光学元件(透镜)的例示方法进行说明，该复合光学元件(透镜)包括一对玻璃制成的基材、光学树脂层2和粘接层3，其中通过使用各自的光固化性材料来形成光学树脂层2和粘接层3并且夹持在一对基材1和4之间。
尽管对玻璃制基材的每个的轮廓并无任何特别限制，但当要制造的复合光学元件为透镜时，对于基材中的每一个，能够采用在其表面中的一个或两个具有选自凹形表面、凸形表面、轴对称非球形表面、扁平表面等中的光入射/出射表面的板状构件。尽管每个玻璃制基材的轮廓可以选自各种可能的轮廓，但当要制造的复合光学元件为透镜时，优选使用圆形轮廓。能够通过切割、研磨、抛光、模压成型等来制造玻璃制基材。
就玻璃制基材而言，优选对其分别与光学树脂材料紧密接触的表面进行预处理。为了对玻璃表面进行预处理，能够适当地采用偶联处理，偶联处理使用任何与树脂材料具有良好的亲和性的各种硅烷偶联剂。能够用于预处理的偶联剂的具体实例包括六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷和三乙基氯硅烷。
首先，如图3A中所示那样，将光固化性树脂材料6放置在第一玻璃制基材1与金属模具5之间以成型。这里使用的金属模具5具有显示出光学元件的所需表面轮廓的倒转轮廓的表面。例如，通过采用精密加工机切割金属模具5能够制备这样的倒转轮廓。典型地通过采用NiP镀敷或无氧铜镀敷对金属基材进行镀敷而制备金属模具，基材可以是不锈钢或钢。然后，如3B中所示那样，采用紫外线源7从第一玻璃制基材1侧用紫外线照射金属模具5上的光固化性树脂材料6和第一玻璃制基材1以使光固化性树脂材料6固化。然后，如图3C中所示那样，通过将固化的光固化性树脂材料6从金属模具5脱模，从而能够得到光学元件的中间产物，其中将光学树脂层2放置在第一玻璃制基材1上并且与其一体化。随后，如图3D中所示那样，将用于形成光学元件的粘合剂8放置在得到的光学元件的中间产物的光学树脂层与第二玻璃制基材4之间以成型。然后，如3E中所示那样，采用紫外线源7从第二玻璃制基材4侧用紫外线照射放在一起的复合光学元件的所有部件以使粘合剂8固化。结果，得到如图1中所述那样将第一玻璃制基材1、光学树脂层2、粘接层3和第二玻璃制基材4以上述顺序依次层叠的复合光学元件。为了成型工序后的残留应力的松弛，作为后处理，可进行热退火操作、紫外线的附加照射的操作、无氧环境中加热和/或紫外线照射操作和/或一些其他操作。
[光学设备]
根据本发明的复合光学元件的应用的具体实例包括用于形成用于照相机或摄像机的光学设备(成像光学系统)的透镜和用于形成用于液晶投影仪的光学设备(投影光学系统)的透镜。这样的光学系统包括壳体和配置在该壳体中的多个透镜并且根据本发明的复合光学元件可用于这些多个透镜中的至少一个。
[摄像装置]
图4为通过使用根据本发明的复合光学元件而适宜地形成的摄像装置的实施方式的横截面示意图，表示其构成。本实施方式为数码单镜头反光照相机600。尽管在图4中将照相机主体602和作为光学装置的透镜筒601彼此连接，但透镜筒601为所谓的可互换透镜筒，其可拆卸地连接至照相机主体602。
来自用照相机600拍摄的目标的光线由光学系统拾取，该光学系统包括在透镜筒601的壳体620中的摄像光学系统的光轴上配置的多个透镜603、605。根据本发明的光学元件能够用于例如透镜603以及透镜605。应指出地是，透镜605由内圆筒604支承以致为了聚焦和变焦能够使支承透镜605的内圆筒604相对于透镜筒601的外圆筒移动。
在目标拍摄操作之前的观察时期中，来自目标的光线被照相机主体602的壳体621中的主反射镜607反射，并且在经过棱镜611后，通过取景透镜612产生由照相机拍摄人拾取的图像。主反射镜607可典型地为半反射镜并且经过主反射镜的光线被副反射镜608朝向AF(自动聚焦)单元613反射并典型地用于测距。将主反射镜607安装在主反射镜座640上并与其接合以由主反射镜座640支承。为了目标拍摄操作，采用驱动机构(未示出)将主反射镜607和副反射镜608移离光路并且将快门609打开以使摄像元件610接收从透镜筒601进入且经过了摄像光学系统的光线并且形成待拾取的光学图像。配置孔隙606以在拍摄操作中改变孔隙面积并且调整亮度和焦距的深度。
尽管以上根据数码单镜头反光照相机对通过使用根据本发明的光学元件而形成的摄像装置进行说明，但根据本发明的光学元件也能够用于智能电话、小型数码相机等。
[实施例]
现在，通过实施例进一步对本发明进行说明。
在以下的每个实施例中，采用以下所述的方法制备根据本发明的光学元件并且采用以下也将说明的方法对得到的光学元件评价光学性能和耐环境性。
[实施例1]
首先，以下对图1中所述的光学元件的制造方法进行说明。对一片玻璃材料(S-FPM2：商品名，可得自OHARA)进行加工以使其显示具有φ42mm的双凸球形轮廓并将加工的玻璃片用于第一基材1。使第一基材1的每个相对表面的球形轮廓显示78.0mm的半径。对一片玻璃材料(S-NBH53：商品名，可得自OHARA)进行加工以使其显示具有φ39mm的双凹球形轮廓并将加工的玻璃片用于第二基材4。使第二基材4的每个相对表面的球形轮廓显示57.0mm的半径。通过对不锈钢制基材进行无氧铜镀敷，随后采用金刚石钻土将其切割而制备本实施例的金属模具5(参见图3A和3B)。其显示光学树脂层2的所需轮廓的倒转轮廓。光学树脂层2的轮廓如下所述：光学树脂层2在其中心处的膜厚为1.00mm并且光学树脂层2在其周缘处的最小膜厚为0.05mm，而从该中心到外周边缘的距离为20.0mm。
首先，采用分配器(SMP-3：商品名，可得自MUSASHI Engineering)将光固化性树脂材料6(参见图3A和3B)施涂于第一玻璃制基材1以及金属模具5。将固化后其弹性模量为3.5GPa的丙烯酸系树脂材料用于光固化性树脂材料。随后，准备用于精确地建立第一玻璃制基材1与金属模具5之间的位置关系的夹具并且将第一玻璃制基材1和金属模具5放置到位。然后，移动第一玻璃制基材1来靠近金属模具5以用光固化性树脂材料将它们之间的间隙填充，以致树脂材料层的从中心到外周的距离变为20.0mm。然后，从紫外线源7经过第一玻璃制基材1用紫外线照射树脂材料以在第一玻璃制基材1上形成光学树脂层2。以10J的剂量照射紫外线。然后，将光学树脂层2从金属模具5脱模。
将光学树脂层2从金属模具5脱模后，将紫外线照射到光学树脂层2上，同时为了加速光学树脂层2的固化，在真空度为10Pa且温度为90℃的条件下将光学树脂层2真空加热2小时。用10J的剂量照射紫外线。光学树脂层2在其中心处显示出1mm的厚度并且在其外周边缘处显示出100μm的厚度。
然后，采用分配器将光固化粘合剂8(参见图3D和3E)施涂于光学树脂层2和第二玻璃制基材4两者。将固化后其弹性模量为0.17GPa的粘合剂(WR8807LK：商品名，可得自KYORITSU CHEMICAL)用于粘合剂8。随后，与光学树脂层2相对地配置第二玻璃制基材4并且将其移动以靠近光学树脂层2，并且将光固化粘合剂8填充到第二玻璃制基材4与光学树脂层2之间的间隙中以使光固化粘合剂8在其中心显示出0.02mm的厚度。然后，通过从第二玻璃制基材4侧照射紫外线而使粘合剂8固化以制备粘接层3。用10J的剂量照射紫外线。最后，将放在一起的第一玻璃制基材1、光学树脂层2、粘接层3和第二玻璃制基材4放入烘箱中并且在100℃的温度下加热2小时以制备实施例1的最终的复合光学元件。
图2表示光学元件的轮廓和粘接层3的厚度。参照图2，φa、φb、φg和φr分别为36.0mm、38.0mm、38.6mm和40.0mm并且He、Ha和Hb分别为0.020mm、0.060mm和0.030mm。发现使膜厚从Hb向外周边缘连续地减小。
[实施例2]
如实施例1中那样制备实施例2的光学元件，不同之处在于对于粘接层3的膜厚，使He等于0.020mm，使Ha等于0.024mm并且使Hb等于0.020mm。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
[实施例3]
如实施例1中那样制备实施例3的光学元件，不同之处在于对于粘接层3的膜厚，使He等于0.020mm，使Ha等于0.100mm并且使Hb等于0.030mm。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
[实施例4]
如实施例1中那样制备实施例4的光学元件，不同之处在于使其弹性模量等于0.9GPa的丙烯酸系树脂材料被用于光学树脂层2。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
[比较例1]
如实施例1中那样制备比较例1的光学元件，不同之处在于使He等于0.020mm并且使He外侧的膜厚恒定并且等于0.020mm以致不存在Ha和Hb。
[比较例2]
如实施例1中那样制备比较例2的光学元件，不同之处在于使He等于0.020mm，使Ha等于0.080mm并且使Hb外侧的膜厚恒定并且等于0.080mm以致不存在Hb。
[比较例3]
如实施例1中那样制备比较例3的光学元件，不同之处在于使He等于0.080mm并且He外侧的膜厚恒定地小于He以致不存在Ha，而使Hb等于0.020mm。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
[比较例4]
如实施例1中那样制备比较例4的光学元件，不同之处在于使He、Ha和Hb分别等于0.020mm、0.150mm和0.030mm。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
[比较例5]
如实施例1中那样制备比较例5的光学元件，不同之处在于对于光学元件的轮廓，使φg等于39.0mm并且使φr等于38.6mm。此外，发现粘接层3的膜厚从Hb朝向其外周边缘连续地减小。
以下对评价实施例和比较例中制备的光学元件的方法进行说明。
[光学性能的评价]
通过将制备的光学元件引入光学系统而分别制备摄像透镜并且逐一地连接至照相机并且通过照相机对带有RGB这三色的条带的板拍摄每种颜色以得到该板的照片。将拍摄的每个照片与该板比较并且通过图像处理软件测定该照片的颜色的分辨率的值。当测定的色差超过预定的参考值时，对用于拍摄照片的光学元件的光学性能给予B的评分。另一方面，当测定的色差小于预定的参考值时，对光学元件的光学性能给予A的评分。
[耐环境性的评价]
将制备的每个光学元件放入温度被保持在80℃的恒温烘箱中2小时。随后，将该光学元件从恒温烘箱中取出并且静置不小于2小时的时间段。然后，采用光学显微镜在室温(23℃±2℃)下观察在光学元件的周缘是否存在任何光学树脂层2与粘接层3的相互分离。当观察到光学树脂层2与粘接层3的相互分离时，对光学元件的耐环境性给予B的评分。另一方面，当没有观察到光学树脂层2与粘接层3的相互分离时，对光学元件的耐环境性给予A的评分。
将制备的光学元件的制造条件和评价的结果在下述的表1中列出。
Figure BDA0002377096550000171
对得到的光学性能和耐环境性两者的评分都为A的光学元件给予A的评分。对得到的光学性能和耐环境性中任一者的评分为B的光学元件给予B的评分。如由表1清楚地看到那样，本发明提供具有小的外径并且显示优异的耐环境性的光学元件。
[本发明的效果]
因此，本发明能够提供光学元件，其具有小的外径并且仍显示出优异的耐环境性。
尽管已参照例示实施方式对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开的例示实施方式。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.复合光学元件，包括：
第一基材，其具有从中心向其外周延伸的光入射/出射表面，该中心与该光学元件的光轴对准；
光学树脂层，其从该中心向其外周延伸；
粘接层，其从该中心向其外周延伸；和
第二基材，其具有从该中心向其外周延伸的光入射/出射表面；
将该第一基材、该光学树脂层、该粘接层和该第二基材以上述顺序依次层叠；
将该光学树脂层和该粘接层夹持在该第一基材的光入射/出射表面与该第二基材的光入射/出射表面之间，
其中，
该粘接层具有沿着从该中心向该粘接层的外周延伸的直线变化的厚度，该厚度在位于第一位置与第二位置之间的中间位置处大于在该第一位置处和在该第二位置处，该第一位置对应于与该中心相距从该中心到该光学树脂层的外周的距离的0.8倍的点，该第二位置对应于该粘接层的外周。
2.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该粘接层在该中间位置处的厚度大于该第一位置处的厚度的1.2倍并且大于该第二位置处的厚度的1.2倍。
3.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，将该第一位置和该中间位置分别以环状设置。
4.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该第一位置和该中间位置位于该复合光学元件的光学有效区域的外侧。
5.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该粘接层的厚度在不小于1μm且不大于100μm的范围内。
6.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该粘接层的弹性模量不大于该光学树脂层的弹性模量的1/5。
7.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该光学树脂层具有不均匀的厚度，该不均匀的厚度的最小值不小于10μm并且最大值不大于3mm。
8.根据权利要求1所述的复合光学元件，其中，该粘接层的厚度从该中间位置向该第二位置连续地变化。
9.光学装置，其包括壳体和在该壳体中配置的包括多个透镜的光学系统，其中，该多个透镜中的至少一个为根据权利要求1-8中的任一项所述的复合光学元件。
10.摄像装置，其包括壳体、在该壳体中配置的包括多个透镜的光学系统和用于接收通过该光学系统后的光的摄像元件，其中，该多个透镜中的至少一个为根据权利要求1-8中的任一项所述的复合光学元件。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，该摄像装置为相机。
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