本發明涉及需要顯示防反射性質以有效地用于諸如照相機、雙目鏡、顯微鏡或投影儀之類的光學儀器中的光學構件，該光學構件通?？梢允峭哥R，特別是彎月形透鏡。本發明還涉及使用這種光學構件的光學系統以及制造這種光學構件的方法。

背景技術：

要用于光學儀器(包括相機、雙目鏡、顯微鏡和投影儀)中的諸如透鏡、棱鏡等的光學構件設置有用于防止所謂的有害射線入射(striking)到儀器的像平面的防反射裝置，所述有害射線是除了成像光束以外的光線。這種有害射線包括從光學構件的光輸入/輸出表面(光要被透射而不被反射的表面，以下將被稱為“光學有效區域”)反射的光線和從光學構件的端面的邊緣部分等(光要被吸收而不被透射或反射的表面，以下將被稱為“光學無效區域”)反射的光線。粗略地，存在如以下列出的兩種類型的用于抑制有害射線的技術。

(1)通過提高光在光學有效區域的透射率來減少反射的技術

(2)通過提高光在光學無效區域的吸收率來減少反射的技術

作為屬于上述類型(1)的技術，通過通常借助于濺射或真空沉積來層壓電介質薄膜而在光學構件的光學有效區域上形成防反射膜的技術已經并且正被廣泛使用。還已知如下的形成防反射膜的技術：通過形成所謂的紋理化結構(sws)以便減輕可以在光學構件的基板的內部和外部之間的界面處發生的使用波長的光的折射率的改變，其中亞波長是不大于要在操作中使用的光的使用波長的波長(尤其參見日本專利申請特開no.2006-259711和日本專利申請特開no.2005-275372)。

作為屬于上述類型(2)的技術，將相對于光的使用波長不透明的涂料涂布到光學構件的光學無效區域(其通?？梢允峭哥R的橫向端面的邊緣部分)以于其上產生遮光膜的技術已經被并且正在被廣泛使用(例如，參見日本專利申請特開no.2014-178502)。另外，日本專利申請特開no.2008-276059公開了通過在小于光的使用波長的紋理化結構上形成相對于光的使用波長不透明的遮光膜來減少光的反射的技術。與在光學構件的光學無效區域中單獨形成紋理化結構的情況相比，這種布置可以進一步減少反射。

諸如在上述專利文獻中公開的遮光膜之類的遮光膜不僅需要減少光的反射并且防止有害光線入射到像平面，而且還需要起到使外觀品質提升(up-grading)的作用。換句話說，要求這樣的膜不僅從減少光的反射的角度顯示出優異的光學特性，而且要求具有均勻紋理，該均勻紋理沒有顏色不均勻。

日本專利申請特開no.2014-178502中描述的遮光膜和如在日本專利申請特開no.2008-276059中描述的組合的紋理化結構和遮光膜的使用在光學構件的光學無效區域中提供均勻的反射率。然而，實際上，隨著由透鏡的光學有效區域2b和光學無效區域3形成的角度7變大，出現如下的現象：入射光8的在光學有效區域2b處反射的反射光9集中照射到位于光學有效區域2b附近的光學無效區域3的光學有效區域相鄰區域5上(以下稱為“邊界區域”)(參見圖1b)。然后，與從所有剩余區域反射的光量相比，從邊界區域5反射的光量明顯地變大，使得因此從邊界區域5反射的光在從透鏡的光進入側觀看時呈現為白色環形顏色不均勻區域，使得透鏡的外觀品質降低。

鑒于上述問題，因此，本發明的目的是提供如下的光學構件：其可以有效地抑制光在邊界區域5處的反射，以實現光學構件的高外觀品質。

技術實現要素：

根據本發明的光學構件包括：光透射基板，具有包括光學有效區域和光學無效區域的表面；所述光學有效區域和所述光學無效區域彼此相鄰；所述光學有效區域和所述光學無效區域在其邊界上形成不小于45度且不大于90度的角度；所述光學構件具有布置在基板的光學無效區域中的遮光膜；所述基板的光學無效區域在其自身與光學有效區域之間的邊界區域中具有精細凹凸結構以及布置在精細凹凸結構上的遮光膜。

本發明還提供了制造光學構件的方法，所述光學構件包括：光透射基板，所述光透射基板具有包括光學有效區域和光學無效區域的表面；所述光學有效區域和所述光學無效區域彼此相鄰；所述光學有效區域和所述光學無效區域在其邊界上形成不小于45度且不大于90度的角度；該制造方法包括以下步驟：在沿著光學有效區域和光學無效區域的邊界延伸的邊界區域中，在基板上連續形成精細凹凸結構的步驟；和在光學無效區域的至少包括所述邊界區域的區域中形成遮光膜，以覆蓋所述精細凹凸結構的步驟。

因此，本發明提供了光學構件和制造這種光學構件的方法，該光學構件即使在光學有效區域和光學無效區域沿其邊界形成大的角度時也具有抑制閃耀(flares)和陰影(ghosts)的優異光學特性，并表現出高的外觀品質。

根據本發明的光學構件可以在諸如照相機、雙目鏡、顯微鏡和半導體曝光裝置之類的光學儀器領域中找到應用。

根據下面參考附圖對示例性實施例的描述，本發明的其它特征將變得清楚。

附圖說明

圖1a是根據本發明的光學構件的實施例的示意性截面圖。

圖1b是在比較示例中形成的光學構件的示意性截面圖，以呈現與圖1a的光學構件的對比。

圖2是發生顏色不均勻的示意圖。

圖3是示出光學有效區域與光學無效區域之間的角度和發生顏色不均勻的可能性之間的關系的曲線圖。

具體實施方式

現在，將通過當前有利的實施例更詳細地描述本發明。

圖1a是根據本發明的光學構件的實施例的示意性截面圖。如圖1a所示的本發明的光學構件的該實施例是包括光透射基板1的凹彎月形透鏡，并且其表面包括分別作為光接收區域和光發射區域的光學有效區域2a和2b以及作為透鏡的外周表面區域的光學無效區域3。光學有效區域2a和2b(以下統稱為光學有效區域2)中的每個與光學無效區域3相鄰，并且光學有效區域2a和2b與光學無效區域通過相應的環形邊界分離。光發射側的光學有效區域2b和光學無效區域3通過它們之間的邊界彼此連接，并且沿著邊界形成不小于45度且不大于90度的角度。

以上表述“它們通過它們之間的邊界彼此連接，并且形成角度”中的“角度”是指如圖2中所示的在光學有效區域2b和光學無效區域3之間的邊界上、由光學有效區域2b的切面10形成的角度7。即，光學有效區域和光學無效區域通常通過呈現為棱線(ridgeline)的邊界彼此保持接觸，并且基板的表面彎曲，以便看起來好像其在邊界上進入基板。彎曲的角度被稱為如上所述的“角度”。然而，注意，光學有效區域通常是球形表面區域，而光學無效區域通常是平坦表面區域或圓柱形表面區域，并因此這些區域不一定是平坦表面區域。因此，當它們中的至少一個不是平坦表面區域時，在兩個表面區域的邊界上的每個點處假想非平坦表面區域的切平面，并且由假想切平面和另一個表面區域或該另一表面區域的切平面產生的角度被稱為在該點處的“角度”?？赡艽嬖谶@樣的情況，其中包括光學有效區域和光學無效區域的邊界的棱線部分經受斜切，以防止部件在棱線部分處被切掉。在這種情況下，在進行斜切操作之前確定“角度”。

雖然“顏色不均勻”現象發生的可能性取決于基板的折射率、厚度、輪廓等，但是當“角度”在45度和90度之間時，可能發生該現象。圖3是示出“角度”和發生顏色不均勻的可能性之間的關系的曲線圖。該關系是當檢查在其光學無效區域上沒有任何紋理化結構4的光學構件時獲得的。對于基板1，采用材料s-lah53(nd＝1.806；商品名：可從ohara獲得)的凹彎月形透鏡。彎月形透鏡具有75mm的外徑和55mm的內徑，并且其光學有效區域2b顯示出球形輪廓。在圖3中，縱軸表示顏色不均勻的寬度(mm)，并且對于當從光進入側觀察時至少可以視覺地觀察到環形顏色不均勻區域的每個樣本，環形顏色不均勻區域的寬度被測量為樣本的顏色不均勻的寬度。如圖3清楚地示的那樣，當“形成的角度”不小于45度且不大于90度時，經常觀察到顏色不均勻。

在圖1a所示的本發明的光學構件的情況下，在基板1的表面上、在光發射側光學有效區域2b的整個表面上以及光學無效區域3的沿著光學無效區域3和光發射側光學有效區域2b之間的邊界延伸的區域(邊界區域)5上連續形成不大于使用波長的精細凹凸結構(紋理化結構)4。另外，在包括光學無效區域3的至少形成有精細凹凸結構4的邊界區域5在內的區域(在圖1a的情況下為光學無效區域3的整個區域)中形成遮光膜6。換句話說，在除了邊界區域5以外的光學無效區域3中，在基板1上僅形成遮光膜6，而在邊界區域5中，在形成在基板1上的精細凹凸結構4上形成遮光膜6。最終結果是，與除了邊界區域5以外的光學無效區域的反射率相比，其中由光學有效區域2b反射的光被集中照射的邊界區域5的反射率顯著減小，從而抑制可以由從邊界區域5反射的光產生的白色環形顏色不均勻區域的出現。

注意，本發明的特征在于，與除了作為光學無效區域的一部分的邊界區域以外的光學無效區域的反射率相比，邊界區域的反射率顯著減小，并且因此可以不必在光學有效區域和光學無效區域的整個表面上分別形成光學有效區域中的精細凹凸結構和光學無效區域中的遮光膜。這里重要的是，在邊界區域中的精細凹凸結構上形成遮光膜，并且從光學有效區域連續形成精細凹凸結構以便越過邊界并且在除了邊界區域以外的光學無效區域中不布置精細凹凸結構。

雖然根據本發明并且在圖1a中示出的光學構件是彎月形透鏡，但是根據本發明的光學構件決不局限于彎月形透鏡。例如，根據本發明的光學構件可以是雙凹透鏡、平凹透鏡、非球面透鏡、自由曲面透鏡或一些其它透鏡。替代地，根據本發明的光學構件可以是棱鏡。然而，當根據本發明的光學構件是棱鏡時，如上所定義的用于本發明目的的光學有效區域包括光進入基板的表面和光從基板出射的表面二者，并且如上所定義的用于本發明目的的光學無效區域包括棱鏡的橫向表面。就本發明而言，棱鏡基板中的光被全反射的表面既不是光學有效區域也不是光學無效區域。另外，本發明通常應用于透鏡的凹面側，特別是凹透鏡的凹面側。這是因為，如果存在在透鏡的凸面側彼此相鄰的光學有效區域和光學無效區域彼此連接以形成不小于45度并且不大于90度的角度的情況，則幾乎不會發生白色環形顏色不均勻區域的問題。

要用于根據本發明的光學構件的光透射基板1通常由諸如玻璃或合成樹脂之類的透明材料制成。然而，要用于根據本發明的光學構件的光透射基板的材料決不局限于這些材料。要用于根據本發明的光學構件的光透射基板可以由可以被處理以顯示期望輪廓的任何光透射材料制成。

通常可用于本發明目的的合成樹脂材料包括諸如聚酯、三乙酰纖維素、乙酸纖維素、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、abs樹脂、聚苯醚、聚氨酯、聚乙烯和聚氯乙烯之類的熱塑性合成樹脂材料，以及諸如不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂和交聯飽和聚酯樹脂之類的熱固性合成樹脂材料。

通?？捎糜诒景l明的目的的玻璃材料包括含堿玻璃、無堿玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鋇基玻璃、鑭基玻璃、鈦基玻璃和氟基玻璃。

注意，光學有效區域2b是鏡面，并且光學無效區域3通常是粗糙表面。鑒于在拋光光學有效區域以顯示鏡面時的位置精度，光學有效區域2b和光學無效區域3彼此接觸的區域可以被拋光以在光學無效區域3的寬度的一部分(約0.5mm)上顯示鏡面。

為了本發明的目的，在基板的表面上形成精細凹凸結構4作為防反射膜，并且該精細凹凸結構4被設計為當其形成在基板的表面上以顯示出不大于使用波長的面內尺寸(在與表面平行延伸的方向上測量)時發揮其防反射特征。精細凹凸結構4可以是如日本專利申請特開no.2006-259711中描述的晶體制造的凹凸結構(其表面呈現出波狀輪廓的膜)或者在日本專利申請特開no.2005-275372中描述的精細凹凸結構。如上述專利文獻中所述的這種晶體可通過使含鋁膜與熱水接觸以使膜的表面溶解于水中并再沉淀而形成。要用于本發明目的的含鋁膜可以是含有氧化鋁作為主要成分的膜(其可以是通過諸如溶膠-凝膠法之類的液相法形成的)，或者可以是包含鋁并且可以通過諸如氣相沉積或濺射之類的氣相法或化學氣相沉積(cvd)法形成的金屬制造或金屬氧化物制造膜。然而，注意，要用于本發明的目的的精細凹凸結構不一定局限于如上所述的膜結構。換句話說，任何材料可以用于精細凹凸結構，只要其由具有類似于上述結構的結構和類似折射率(以及類似的光透射性質)的膜制成即可。

在圖1a中，根據本發明的精細凹凸結構4連續地形成以覆蓋光學有效區域2b和邊界區域5二者。雖然邊界區域5的寬度的范圍依賴于由光學有效區域和光學無效區域所形成的角度、光學有效區域的輪廓和尺寸而可以不同，但是邊界區域5的寬度優選地在不小于1mm且不大于8mm的范圍內，更優選在不小于2mm且不大于5mm的范圍內。根據本發明，在邊界區域5上形成精細凹凸結構4，并且在其上額外形成遮光膜6，以顯著降低邊界區域5的反射率(與除了邊界區域以外的光學無效區域3相比)，使得可以有效地抑制白色環狀顏色不均勻的出現。

本發明的遮光膜6由在使用波長中不透明的材料制成。它是通過使用如下的涂料形成的：該涂料通過混合選自不僅黑色而且各種顏色的顏料和染料、不透明顆粒和樹脂材料的成分來制備。然而，注意，要用于本發明目的的遮光膜決不局限于這樣的涂料制成的膜，并且可以替代地使用呈現出高光學吸收系數并且可以形成可以抑制光的反射的光吸收層的任何其它膜。

盡管可以通過考慮遮光膜的光學特性、機械強度和其它因素來適當地選擇遮光膜5的膜厚度，但是通常需要遮光膜顯示不小于0.1μm且不大于100μm的膜厚度，以便實現令人滿意的遮光效果。優選地，膜厚度不小于1μm且不大于50μm。當遮光膜6的膜厚度在其邊緣處減小到零時，從其邊緣到以令人滿意的遮光效果工作的中心區域的邊際(marginal)區域的寬度最好地不大于10μm。這是因為，當不能提供任何令人滿意的遮光效果的邊際區域不小于10μm時，這種寬度的邊際區域變得可見，從而使得光學構件的外觀品質降低。

遮光膜6通常通過將能夠在使用波長遮蔽光的涂料涂布到基板的表面上并使涂料干燥形成在基板1上或者已經形成在基板1上的精細凹凸結構4上。要用于本發明目的的涂布方法可以適當地選自包括刷涂、噴涂、使用噴墨、使用噴射分配器和染料涂敷(dyecoating)在內的公知的涂布方法。

為了本發明的目的，可以在基板1的表面和精細凹凸結構4之間或者在基板1的表面和遮光膜6之間布置中間層。本發明中的中間層是至少形成為單層膜以從基板1的光學有效區域2b連續延伸到光學無效區域3的至少一部分并且緊密地附著到基板1的膜。中間層整體的厚度優選為不小于1nm且不大于200nm，更優選為不小于5nm且不大于100nm。

如上所述的中間層被設計為具有折射率調整特征。當基板1的折射率和基板側的精細凹凸結構4的折射率顯示大的差異時，可以使中間層工作以通過適當地調整中間層的厚度和折射率來使光學有效區域2b的反射率最小化。

為了本發明的目的，這種中間層可以通過使用含氧化物的膜形成?？捎糜谥虚g層的氧化物的示例包括氧化鋯、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鉿、氧化鋁、二氧化硅和氟化鎂。

替代地，由有機化合物制成的膜可用于中間層。

可用于本發明目的的有機化合物的示例包括有機聚合物，諸如丙烯酸樹脂、環氧樹脂、氧雜環丁烷樹脂、馬來酰亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂、苯并胍胺樹脂、酚醛樹脂、甲階酚醛樹脂、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、聚芳酯、聚酰胺聚氨酯、聚酯、聚有機倍半硅氧烷、聚碳酸酯、聚二甲苯、聚酮、聚環烯烴、聚砜和聚亞苯基。

要用于本發明目的的中間層可以通過適當的已知方法形成，所述方法選自諸如cvd、氣相沉積和濺射之類的pvd氣相處理，以及諸如溶膠-凝膠和溶液涂布之類的液相處理。例如，可以通過使用溶膠-凝膠涂敷溶液的浸漬、旋涂、噴涂、流涂或印刷來形成中間層。

[示例1]

圖1a中所示的光學構件按照如下所述的步驟制備。

通過使用由含鑭的高折射率光學玻璃s-lah53(nd＝1.806；商品名：可從ohara獲得)制成的基板1制備凹彎月形透鏡，并且凹彎月形透鏡具有66mm的外徑11和34mm的內徑12。由其光學有效區域2b和光學無效區域3形成的角度7(以下簡稱為“形成的角度”)為88°。在用酒精清潔且用純水清洗該基板后，為寬度為5mm的邊界區域5在基板上放置掩模，并且通過反應濺射在光學有效區域2b和邊界區域5上形成45nm厚的氧化鋁膜。

然后，將其上已經按照上述程序形成氧化鋁膜的基板1浸入75℃的熱水中30分鐘，然后從熱水中拿出并干燥，以在光學有效區域2b和邊界區域5上產生精細的凹凸結構(紋理化結構)。

隨后，通過涂布用于防止內反射的涂料gt-7(商品名：可從canonchemicals獲得)，在包括邊界區域5在內的光學無效區域3的整個表面上形成遮光膜6作為能夠屏蔽使用波長的光的膜。由于形成在邊界區域5上的精細凹凸結構4在結構上是脆弱的，因此采用噴射分配器用于涂料的非接觸涂布的目的。

表1表示在示例和比較示例的凹彎月形透鏡(包括具有以上述方式在其基板上形成的精細凹凸結構4和遮光膜6的本示例的透鏡在內)上進行以檢測由從光學無效區域3反射的光引起的顏色不均勻的光入射側視覺觀察的結果。作為評價標準，對顯示顏色不均勻的樣本給出“是”，而對不顯示任何顏色不均勻的樣本給出“否”。

[示例2和3]

在這些示例中的每一個中，如示例1中那樣，在作為凹彎月形透鏡的光學構件的表面上(分別在光學有效區域2b和邊界區域5上以及在包括邊界區域5在內的光學無效區域3的整個表面上)形成精細凹凸結構4和遮光膜6，除了改變了角度7和邊界區域5的長度。從表1可見，所得樣本顯示出優異的外觀品質，并且沒有顏色不均勻。

[示例4]

在該示例中，如示例1中那樣，在作為凹彎月形透鏡的光學構件的表面上(分別在光學有效區域2b和邊界區域5上以及在包括邊界區域5在內的光學無效區域3的整個表面上)形成精細凹凸結構4和遮光膜6，除了使用濕法形成精細凹凸結構4。更具體地，遵循如下所述的步驟以形成精細凹凸結構。首先，在如示例1中那樣清潔基板1之后，將基板1安裝在真空吸盤型旋轉臺上。然后，將含有氧化鋁的涂布溶液滴落在光學有效區域2b和邊界區域5上幾滴，并且驅動基板1以約3,000rpm的速率旋轉約30秒。通過海綿擦除位于光學有效區域2b和邊界區域5以外的區域中的涂布溶液。隨后，將樣本在110℃的烘箱中干燥40分鐘，并且然后浸入熱水中以產生精細凹凸結構4。之后，如示例1中那樣形成遮光膜。從表1可見，由此得到的光學構件顯示出優異的外觀品質，并且沒有顏色不均勻。

[示例5至7]

在這些示例的每一個中，如示例1中那樣，在作為凹彎月形透鏡的光學構件的表面上(分別在光學有效區域2b和邊界區域5上以及在包括邊界區域5在內的光學無效區域3的整個表面上)形成精細凹凸結構4和遮光膜6，除了將表1所示的材料用于基板1。用于這些示例的基板的材料是可從ohara獲得的光學玻璃材料，并且光學玻璃材料s-tih53、s-nbh8和s-fpm2分別顯示出1.847、1.720和1.595的折射率。從表1可見，所得到的光學構件中的每個顯示出優異的外觀品質，并且沒有顏色不均勻。

[示例8]

在該示例中，如示例1中那樣，在作為凹彎月形透鏡的光學構件的表面上(分別在光學有效區域2b和邊界區域5上以及在包括邊界區域5在內的光學無效區域3的整個表面上)形成精細凹凸結構4和遮光膜6，除了使用gt-7ii(商品名：可從canonchemicals獲得)作為用于防止內部反射的涂料。從表1可以看出，所獲得的光學構件顯示出優異的外觀品質，并且沒有顏色不均勻。

[示例9]

在該示例中，在示例的清潔后的基板1的光學有效區域2b和邊界區域5中形成中間層之后，如示例1中那樣形成精細凹凸結構4。中間層通過借助于濺射順序地敷設不同氧化物的層來形成。隨后，如示例1中那樣形成遮光膜6。從表1可以看出，獲得的光學構件顯示出優異的外觀品質，并且沒有顏色不均勻。

[比較示例1-6]

在這些比較示例的每一個中，如示例1那樣制備光學構件，除了如圖1b中那樣在邊界區域5中不形成精細凹凸結構4，并且引入表1所列的條件。表1還表示所獲得的光學構件的樣本是否產生顏色不均勻。從表1可以看出，在邊界區域5中不形成精細凹凸結構4的情況下，當角度不小于45°時發生顏色不均勻。

[示例10]

在本發明的示例10中，通過使用根據本發明的光學構件制備圖像拾取光學系統。根據本發明的光學構件顯示出令人滿意的內部反射特性，并且通過使用該光學構件獲得的圖像拾取光學系統由于均勻的暗度而顯示出優異的外觀品質。

表1

盡管已經參照示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限于所公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍應被賦予最寬泛的解釋，以便包括所有這樣的修改以及等同結構和功能。