CN113031126B - 防水减反膜、透镜和成像装置 - Google Patents

防水减反膜、透镜和成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种防水减反膜、透镜和成像装置。防水减反膜包括:基底层;防水层,防水层连接在基底层的至少一侧表面上;减反层,减反层设置在防水层远离基底层一侧的表面上,减反层包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。本发明解决了现有技术中的减反膜存在防水效果差的问题。

Description

防水减反膜、透镜和成像装置
技术领域
本发明涉及光学成像设备技术领域,具体而言,涉及一种防水减反膜、透镜和成像装置。
背景技术
光学树脂材料由于轻量化、色散小和易于成型加工等优点,在手机光学镜头领域已经逐渐取代光学玻璃。例如,PMMA、COC、COP等高分子材料。但光学塑料的耐湿性、膨胀系数大、尺寸稳定性差等缺点限制了其在大曲率光学镜头上的应用。因为在高温高湿可靠性试验中,光学树脂镜片具有一定吸水性,所以镜头中的树脂镜片都会出现一定程度面型变化,而面型变化会造成成像系统的不良。而且,目前树脂镜片都是利用传统的电子束蒸发技术制备减反膜,这样得到的减反膜防水性不佳;或通过额外加镀氟化物等有机物防水膜,但有机物的化学稳定性一般较差,所以使得减反膜防水的持久性不佳。
也就是说,现有技术中的减反膜存在防水效果差的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种防水减反膜、透镜和成像装置,以解决现有技术中的减反膜存在防水效果差的问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种防水减反膜,包括:基底层;防水层,防水层连接在基底层的至少一侧表面上;减反层,减反层设置在防水层远离基底层一侧的表面上,减反层包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。
进一步地,第一膜层的折射率大于第二膜层的折射率。
进一步地,防水层的折射率大于等于1.3且小于等于1.7。
进一步地,第一膜层的折射率大于等于2.0且小于等于4.0。
进一步地,第二膜层的折射率大于等于1.3且小于等于2.0。
进一步地,基底层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚烯烃材料、环氧树脂材料中的一种。
进一步地,防水层的材料为Al2O3
进一步地,第一膜层的材料为氢化硅、氢化硅锗、SiC、Nb2O5、Ta2O5以及Ti的氧化物中的一种。
进一步地,第二膜层的材料为SiO2、Al2O3、Ta2O5、MgF2中的一种。
进一步地,当基底层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯时,防水减反膜在38℃/85%RH条件下的水汽透过率小于5×10-5g/m2/day。
根据本发明的另一方面,提供了一种透镜,包括:透镜本体;上述的防水减反膜,防水减反膜设置在透镜本体的至少一侧表面上。
进一步地,透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的最大反射率小于等于0.65%。
进一步地,透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的平均反射率小于等于0.6%。
根据本发明的另一方面,提供了一种成像装置,包括至少四片上述的透镜。
进一步地,成像装置在温度85℃±3℃、相对湿度为85%±5%的环境下存放120h,成像装置的中心场曲变化量小于2u。
应用本发明的技术方案,防水减反膜包括基底层、防水层和减反层,防水层连接在基底层的至少一侧表面上;减反层设置在防水层远离基底层一侧的表面上,减反层包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。
通过设置基底层,使得基底层对防水层起到了承载与保护的作用,避免防水层受外力作用而产生形变,保证了防水层的结构强度。将防水层设置在基底层和减反层之间,大大增加了减反层与基底层之间连接的紧密性,增大了减反层与基底层之间的结合力,避免了在工作过程中减反层与基底层脱离的风险,保证了防水减反膜装配的稳定性,增加了防水减反膜的使用寿命。同时增加了防水减反膜的防水效果,进而能够避免透镜吸水而使面型发生变化,有效改善了透镜的鬼影,提高了透镜的成像质量。减反层包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。这样设置使得第一膜层与第二膜层的折射率是不同的,使得第一膜层与第二膜层之间存在折射率差,便于光线在减反层上的传输,保证光线传输的稳定性。同时将减反层设置成多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠的情形,可以有效增加光线的吸收率,降低减反层对光线的反射,降低防水减反膜对光线的反射率,减少杂散光的产生,进而可以提高成像质量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了根本发明的一个可选实施例的防水减反膜的结构示意图;
图2示出了防水层的厚度对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的水汽透过率影响示意图;
图3示出了本发明的防水减反膜和传统PVD减反膜在手机镜头上高温高湿前后中心场曲变化量的对比示意图;
图4示出了本发明的防水减反膜和传统PVD减反膜的水汽透过率对比示意图;
图5示出了本发明的防水减反膜的反射率曲线示意图;
图6示出了传统PVD减反膜的反射率曲线示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、基底层;20、防水层;30、减反层;31、第一层;32、第二层;33、第三层;34、第四层;35、第五层;36、第六层;37、第七层;38、第八层。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是,除非另有指明,本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的,或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的;同样地,为便于理解和描述,“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外,但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中的减反膜存在防水效果差的问题,本发明提供了一种防水减反膜、透镜和成像装置。
如图1至图6所示,防水减反膜包括基底层10、防水层20和减反层30,防水层20连接在基底层10的至少一侧表面上;减反层30设置在防水层20远离基底层10一侧的表面上,减反层30包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。
通过设置基底层10,使得基底层10对防水层20起到了承载与保护的作用,避免防水层20受外力作用而产生形变,保证了防水层20的结构强度。将防水层20设置在基底层10和减反层30之间,大大增加了减反层30与基底层10之间连接的紧密性,增大了减反层30与基底层10之间的结合力,避免了在工作过程中减反层30与基底层10脱离的风险,保证了防水减反膜装配的稳定性,增加了防水减反膜的使用寿命。同时增加了防水减反膜的防水效果,进而能够避免透镜吸水而使面型发生变化,有效改善了透镜的鬼影,提高了透镜的成像质量。减反层30包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,第一膜层和第二膜层为多个时,多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠而成。这样设置使得第一膜层与第二膜层的折射率是不同的,使得第一膜层与第二膜层之间存在折射率差,便于光线在减反层30上的传输,保证光线传输的稳定性。同时将减反层30设置成多个第一膜层和多个第二膜层交替堆叠的情形,可以有效增加光线的吸收率,降低减反层30对光线的反射,降低防水减反膜对光线的反射率,减少杂散光的产生,进而可以提高成像质量。
具体的,第一膜层的折射率大于第二膜层的折射率。这样设置使得第一膜层为高折射率膜层,第二膜层为低折射率膜层,使得第一膜层与第二膜层之间存在较大的折射率差,有利于提高光线在减反层30上传输的稳定性。另外,减反层30的第一膜层与防水层20远离基底层10的一侧表面抵接,这样设置便于光线从减反层30传递到基底层10中,进而使得入射到防水减反膜上的光线能够大部分射入人眼用于显示图像,以保证成像的完整性。
具体的,防水层20的折射率大于等于1.3且小于等于1.7。将防水层20的折射率限制在1.3到1.7的范围内,有利于保证防水层20的防水特性,进而增强防水减反膜的防水效果。同时不会影响光线的传输,保证光线能够稳定传输。
需要说明的是,上述防水层20采用原子层沉积技术制备,因为原子层沉积技术镀成的膜层具有极高的致密性,因此可以起到防水汽透过的作用。
可选地,第一膜层的折射率大于等于2.0且小于等于4.0。将第一膜层的折射率限制在2.0到4.0的范围内,有利于保证第一膜层的高折射率特性。这样设置有利于保证防水减反膜的超低反射率,进而可以减少杂散光的产生,保证成像质量。
可选地,第二膜层的折射率大于等于1.3且小于等于2.0。将第二膜层的折射率限制在1.3到2.0的范围内,有利于保证第二膜层的低折射率特性。同时使得防水减反膜具有超低的反射率,有效避免杂散光的产生,保证成像质量。
具体的基底层10的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚烯烃材料、环氧树脂材料中的一种。这样设置保证了基底层10的结构强度,有效避免基底层10变形,有利于基底层10对防水层20的保护作用,进而保证了防水减反膜的耐用性。同时有利于基底层10与防水层20的连接,使得防水层20能够充当等效折射率层,以增大基膜结合力,保证基底层10与防水层20的紧密连接。
具体的,防水层20的材料为Al2O3。由于Al2O3具有稳定性好和防水特性佳的优点,采用Al2O3作为防水层20,使得防水层20能够有效阻挡水汽,起到防水汽透过的作用,同时便于防水层20的制作。
具体的,第一膜层的材料为氢化硅、氢化硅锗、SiC、Nb2O5、Ta2O5以及Ti的氧化物中的一种。第一膜层的材料可以是上述材料中的一种。第二膜层的材料为SiO2、Al2O3、Ta2O5、MgF2中的一种。第二膜层的材料可以是上述材料中的一种。
可选地,当基底层10的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯时,防水减反膜在38℃/85%RH条件下的水汽透过率小于5×10-5g/m2/day。这样设置使得防水减反膜的水汽透过率足够小,保证了防水减反膜的超高防水特性。
如图1所示,减反层30的第一膜层的数量为4层,第二膜层的数量为4层。这样设置减少了减反层30的膜层数,有效降低了镀膜的阴影效应,与传统PVD镀膜相比本发明的防水减反膜的反射率一致性更高。第一膜层的材料为Ti3O5,第二膜层的材料为Al2O3和SiO2的混合物。减反层30包括沿远离防水层20的方向依次堆叠的第一层31、第二层32、第三层33、第四层34、第五层35、第六层36、第七层37和第八层38。第一层31与防水层20远离基底层10的一侧表面连接,第一层31为第一膜层,第一层31的厚度大于等于4纳米且小于等于10纳米。
第二层32与第一层31远离防水层20的一侧表面连接,第二层32为第二膜层,第二层32的厚度大于等于40纳米且小于等于50纳米。第三层33与第二层32远离第一层31的一侧表面连接,第三层33为第一膜层,第三层33的厚度大于等于25纳米且小于等于40纳米。第四层34与第三层33远离第二层32的一侧表面连接,第四层34为第二膜层,第四层34的厚度大于等于15纳米且小于等于30纳米。第五层35与第四层34远离第三层33的一侧表面连接,第五层35为第一膜层,第五层35的厚度大于等于65纳米且小于等于90纳米。第六层36与第五层35远离第四层34的一侧表面连接,第六层36为第二膜层,第六层36的厚度大于等于8纳米且小于等于15纳米。第七层37与第六层36远离第五层35的一侧表面连接,第七层37为第一膜层,第七层37的厚度大于等于25纳米且小于等于35纳米。第八层38与第七层37远离第六层36的一侧表面连接,第八层38为第二膜层,第八层38的厚度大于等于90纳米且小于等于110纳米。
另外,上述防水层20的厚度大于等于20纳米且小于等于40纳米。上述防水层20和减反层30之间各膜层的厚度之比为:防水层20:第一层31:第二层32:第三层33:第四层34:第五层35:第六层36:第七层37:第八层38=25:5:50:20:20:80:10:30:95。通过各膜层之间厚度的合理规划,有利于保证防水层20和减反层30的轻薄化,同时使得防水层20和减反层30易于制作,提高了防水层20和减反层30的使用可靠性。
如图2所示,示出了防水层20的厚度对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的水汽透过率影响示意图。由图可知,当防水层20的厚度大于20纳米时,再增大防水层20的厚度对多层膜的水汽透过率基本没有影响;而当防水层20的厚度小于20纳米时,随着防水层20的厚度的增加,其水汽透过率逐渐下降,因此,防水层20的厚度选择20纳米即可达到最佳的阻隔水汽透过的效果。
如图3所示,为本发明的防水减反膜和传统PVD减反膜在手机镜头上高温高湿前后中心场曲变化量对比示意图。由图中可知,本发明防水减反膜通过引入原子沉积技术制备防水层20的方式,使得其高温高湿中心场曲从+2u变化到-2u,最大变化量仅为4u。而传统PVD的树脂透镜场曲最大变化量92u。因此,本发明通过引入防水层20极大的提高了树脂透镜在高温高湿试验前后的场曲稳定性。同时,从图4中的防水减反膜与传统PVD减反膜的水汽透过率对比可以发现,本发明的防水减反膜由于利用原子层沉积技术引入的致密氧化铝极大增大了多层膜的水汽阻隔性能,增强了防水减反膜防水效果。
如图5和图6所示,为本发明的防水减反膜的反射率曲线图和传统PVD减反膜的反射率曲线图。因为防水层20的折射率与基底层10的折射率相差不大,所以引入该防水层20基本不影响该防水减反膜的反射率。由图可知,对波长在430nm至780nm的范围内的防水减反膜与传统PVD减反膜的反射率曲线基本一致,均满足在波长在430nm至780nm的范围内,光的最大反射率小于等于0.65%。光的平均反射率小于等于0.6%。
透镜包括透镜本体和上述的防水减反膜,防水减反膜设置在透镜本体的至少一侧表面上。具有上述防水减反膜的透镜具有防水效果好和鬼影改善效果好的优点,同时上述的防水减反膜对透镜的面型影响较小,有利于提高透镜的光学性能稳定性。
具体的,透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的最大反射率小于等于0.65%。这样设置使得透镜在可见光的波长范围内的光的最大反射率足够小,减少了透镜对光线的反射,有利于提高透镜的成像品质。
具体的,透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的平均反射率小于等于0.6%。这样使得透镜在可见光的波长范围内对光的平均反射率与光的最大反射率相差不大,使得透镜对光线的反射较为稳定,使得透镜对光线的反射率较低,减少了杂散光的产生,提高了成像质量。
成像装置包括至少四片上述的透镜。成像装置在温度85℃±3℃、相对湿度为85%±5%的环境下存放120h,成像装置的中心场曲变化量小于2u。这样设置使得在工作过程中,成像装置的中心场曲变化较小,有利于保证成像装置成像清晰度和成像完整性,同时延长了成像装置的使用寿命,节约了成本。
显然,上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种防水减反膜,其特征在于,包括:
基底层(10);
防水层(20),所述防水层(20)连接在所述基底层(10)的至少一侧表面上,所述防水层(20)的厚度大于等于20纳米且小于等于40纳米,所述防水层(20)采用原子沉积技术制备;
减反层(30),所述减反层(30)设置在所述防水层(20)远离所述基底层(10)一侧的表面上,所述减反层(30)包括折射率不同的第一膜层和第二膜层,所述第一膜层和所述第二膜层为多个时,多个所述第一膜层和多个所述第二膜层交替堆叠而成;
在波长在430nm至780nm的范围内,所述防水减反膜对光的最大反射率小于等于0.65%,所述防水减反膜对光的平均反射率小于等于0.6%;
当所述基底层(10)的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯时,所述防水减反膜在38℃/85%RH条件下的水汽透过率小于5×10-5g/m2/day。
2.根据权利要求1所述的防水减反膜,其特征在于,所述第一膜层的折射率大于所述第二膜层的折射率。
3.根据权利要求1所述的防水减反膜,其特征在于,所述防水层(20)的折射率大于等于1.3且小于等于1.7。
4.根据权利要求1所述的防水减反膜,其特征在于,所述第一膜层的折射率大于等于2.0且小于等于4.0。
5.根据权利要求1所述的防水减反膜,其特征在于,所述第二膜层的折射率大于等于1.3且小于等于2.0。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的防水减反膜,其特征在于,所述基底层(10)的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚烯烃材料、环氧树脂材料中的一种。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的防水减反膜,其特征在于,所述防水层(20)的材料为Al2O3
8.根据权利要求1至5中任一项所述的防水减反膜,其特征在于,所述第一膜层的材料为氢化硅、氢化硅锗、SiC、Nb2O5、Ta2O5以及Ti的氧化物中的一种。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的防水减反膜,其特征在于,所述第二膜层的材料为SiO2、Al2O3、Ta2O5、MgF2中的一种。
10.一种透镜,其特征在于,包括:
透镜本体;
权利要求1至9中任一项所述的防水减反膜,所述防水减反膜设置在所述透镜本体的至少一侧表面上。
11.根据权利要求10所述的透镜,其特征在于,所述透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的最大反射率小于等于0.65%。
12.根据权利要求10所述的透镜,其特征在于,所述透镜对波长在430nm至780nm的范围内的光的平均反射率小于等于0.6%。
13.一种成像装置,其特征在于,包括至少四片权利要求10至12中任一项所述的透镜。
14.根据权利要求13所述的成像装置,其特征在于,所述成像装置在温度85℃±3℃、相对湿度为85%±5%的环境下存放120h,所述成像装置的中心场曲变化量小于2u。
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