專利名稱：非球面透鏡及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由精密模壓玻璃形成的非球面透鏡及其制造工藝。
背景技術：
近年來，隨著更高性能數碼相機的發(fā)展趨勢，對于具有大孔率的變焦透鏡的需求日益增長。因此需要圖像檢測光學系統(tǒng)的尺寸縮減。作為滿足這種需要的變焦透鏡，提出了如JP-A-2005-331641中描述的圖像檢測光學系統(tǒng)。
以上圖像檢測光學系統(tǒng)在從目標側向圖像側的方向上包括具有負折射性的第一透鏡組、具有正折射性的第二透鏡組和具有正折射性的第三透鏡組。第一透鏡組由具有負折射能力的透鏡和具有正折射能力的透鏡構成，第二透鏡組由具有正折射能力的透鏡和具有負折射能力的透鏡構成，而第三透鏡組由具有正折射能力的透鏡構成。以上圖像檢測光學系統(tǒng)具有用于在預定位置上確定開放光圈數的光束的元件。
在關注以上第一透鏡組時，具有負折射性的透鏡(此后稱作“透鏡G11”)由具有超過1.83的折射率(nd)所表示的高折射性和40或更大的阿貝數(νd)所表示的低散射性的玻璃形成，并且其是兩個表面都具有非球面形狀的凹透鏡。另一方面，具有正折射性的透鏡(此后稱作“透鏡G12”)是球面凸透鏡，其由具有1.82或更大折射率(nd)所表示的高折射性和25或更小的阿貝數(νd)所表示的高散射性的玻璃形成。

發(fā)明內容
以上透鏡G12是球面透鏡并可以通過研磨和拋光來制造。另一方面，透鏡G11是非球面透鏡，因此期望通過精密模壓方法來制造，精密模壓方法也被稱作光學模制方法。用于構成透鏡G11的玻璃需要具有適于精密模壓的低溫軟化性。
從光學性質的角度考慮，透鏡G11和G12兩者都理想地由高折射性玻璃形成以縮減尺寸。此外，在變焦透鏡中，期望修正每個透鏡組的色差。而且，當構成透鏡G11的玻璃與構成透鏡G12的玻璃之間在阿貝數上的差增大時，色差的良好修正和尺寸縮減都能得到滿足。
為了遵循以上需要，至少需要由具有40或更大阿貝數(νd)的玻璃來制造透鏡G11。透鏡G12如上所述由具有1.82或更大折射率(nd)和25或更小的阿貝數(νd)的高折射性高散射性玻璃形成。為了進一步增大折射率(nd)并進一步減小阿貝數(νd)，需要增大給予玻璃高折射性利高散射性的成分量，例如Nb2O5、TiO2等。但是，存在這樣的成分，其可以增加玻璃的分色(coloring)，而降低可見光區(qū)域的短波長側的透射性。在由例如變焦透鏡之類的多個透鏡組成的圖像檢測光學系統(tǒng)中，需要提高每個透鏡的透射性，由此期望以不過多地減小構成透鏡G12的玻璃的阿貝數(νd)但將構成透鏡G11的玻璃的阿貝數(νd)增大到40或更多的方式來增大透鏡G12和透鏡G11之間的阿貝數差。
當通過對由與透鏡G12的分色相關的要求不嚴格的圖像檢測光學系統(tǒng)(例如CCD或CMOS的圖像檢測設備)所取得的圖像數據進行處理來實現色彩修正時(例如數碼相機或數碼攝像機)，透鏡G12可以由具有更高折射性和更低散射性的玻璃形成。但是，即使在這種情況下，構成透鏡G11的玻璃理想地具有由超過1.83的折射率和40或更大的阿貝數(νd)表示的性質。
同時，在變焦透鏡中，構成其的透鏡數量與焦距固定的圖像檢測光學系統(tǒng)相比更大。因此需要將通過形成防反射膜來把每個透鏡的表面反射抑制到低水平的情況考慮在內。但是，當透鏡G11涂覆有防反射膜時，有時引起與防反射膜粘附到通過精密模壓制造的玻璃表面(即，非球面光學功能表面)相關的問題，以及與其耐久度相關的問題。
進行了本發(fā)明以克服以上問題，并且試圖提供由高折射性低散射性玻璃形成的、并用于構成緊湊的高性能圖像檢測光學系統(tǒng)的非球面透鏡及具制造處理。
作為克服以上問題的手段，本發(fā)明提供了(1)一種非球面透鏡，其通過對光學玻璃進行精密模壓形成，所述非球面透鏡由如下的光學玻璃形成，所述光學玻璃具有超過1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(νd)，并按mol％計包括20至45％的B2O3，5至24％的La2O3，和22至42％的ZnO，但不包含Li2O，所述非球面透鏡在其表面上形成有光學薄膜。
(2)根據以上(1)所述的非球面透鏡，其中，所述光學玻璃包含作為可選成分的如下成分0至20％的Gd2O3，0至20％的SiO2，0至10％的ZrO2，0至10％的Ta2O5，0至10％的WO3，0至10％的Nb2O5，0至10％的TiO2，0至10％的Bi2O3，0至10％的GeO2，0至10％的Ga2O3，0至10％的Al2O3，0至10％的BaO，0至10％的Y2O3，和0至10％的Yb2O3。
(3)根據以上(1)或(2)所述的非球面透鏡，其中，所述光學玻璃具有低于640℃的玻璃轉變溫度。
(4)根據以上(1)至(3)中任一項所述的非球面透鏡，所述非球面透鏡在具有從目標側向圖像側布置的多個透鏡的圖像檢測光學系統(tǒng)中是定位得最靠近目標的透鏡。
(5)一種制造非球面透鏡的工藝，其是通過加熱由光學玻璃形成的玻璃材料和對所述玻璃材料進行精密模壓的步驟實現的，所述工藝包括加熱由光學玻璃形成的玻璃材料，對所述玻璃材料進行精密模壓并在其表面上形成光學薄膜，所述光學玻璃具有超過1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(νd)，并按mol％計包括20至45％的B2O3，5至24％的La2O3，和22至42％的ZnO，但不包含Li2O。
(6)根據以上(5)所述的制造非球面透鏡的工藝，其中，將通過精密模壓獲得的非球面透鏡退火，并接著研磨或拋光以形成非光學功能表面，清洗所述非球面透鏡并接著在光學功能表面上形成所述光學薄膜。
(7)一種透鏡單元，其具有如以上(1)至(4)中任一項所述的非球面透鏡或者由以上(5)或(6)所述的工藝制造的非球面透鏡，以及具有正折射能力的透鏡，所述具有正折射能力的透鏡由具有1.82或更大的折射率(nd)和25或更小的阿貝數(νd)的光學玻璃形成，并具有防反射膜，所述非球面透鏡具有負折射能力并具有防反射膜，所述非球面透鏡與所述具有正折射能力的透鏡組合以修正色差。
(8)一種圖像檢測光學單元，其包括如以上(7)所述的透鏡單元。
根據本發(fā)明，可以提供一種由高折射性低散射性玻璃形成的、并用于構成緊湊的高性能圖像檢測光學系統(tǒng)的非球面透鏡及其制造工藝。
此外，還可以提供包括以上非球面透鏡的緊湊的高性能透鏡單元和包括以上透鏡單元的圖像檢測光學系統(tǒng)。


圖1示出了示例1中使用的精密模壓裝置的一個示例的示意性剖視圖。
具體實施例方式
在通過對由光學玻璃形成的玻璃材料進行精密模壓制造的非球面透鏡中，有時引起與在非球面透鏡的表面上涂覆的防反射膜之類的光學薄膜的粘附性相關的問題。在通過對具體的玻璃進行精密模壓來制造透鏡時會發(fā)生此問題。
本發(fā)明人已經研究了以上問題而獲得了以下發(fā)現。
已經認為以上問題是由通過精密模壓形成的透鏡表面的物理性質而引起的。有時在透鏡表面上在其涂覆防反射膜之前發(fā)現模糊或黃化現象。難以被認為是模糊或黃化現象的表面變化被認為引起光學薄膜對透鏡表面的粘附性的劣化。就是說，認為即使不表現為具有模糊或黃化現象的透鏡也高度可能地引起粘附性的劣化。
容易模糊或黃化的透鏡具有大折射率并具有在允許精密模壓的溫度范圍內的玻璃轉變溫度，而該透鏡由具有相對高的玻璃轉變溫度的玻璃形成。這樣的玻璃包含Li2O以增大其折射率并降低其玻璃轉變溫度，并包含大量B2O3作為用于形成玻璃網絡的成分。
包含在以上玻璃中的Li2O和B2O3兩者都是高度揮發(fā)性的成分，并在高溫時從玻璃表面揮發(fā)。當在精密模壓期間加熱溫度較高時，揮發(fā)發(fā)生到更大的程度，且已經揮發(fā)的成分粘附到透鏡表面或壓制模具上。當壓制模具被重復使用時，已經揮發(fā)并粘附到模具上的成分接著粘附到正被模制的透鏡。
此外，在其中用于確保壓制模具內玻璃的更容易的擴散的碳膜涂覆在玻璃材料表面上的精密模壓方法中，在涂覆時已經揮發(fā)的成分和碳反應而引起透鏡表面的模糊。
因此，為了克服以上問題，有效的是從玻璃排除Li2O。但是，因為Li2O是具有維持大反射率并同時極大地降低玻璃轉變溫度的效果的成分，所以需要引入或加入用于代替Li2O的ZnO來維持大反射率并同時降低玻璃轉變溫度。具體地，當玻璃轉變溫度是640℃或更高時，即使排除了Li2O的玻璃也將會在精密模壓期間經歷較大程度的揮發(fā)，并且壓制模具的劣化增大，由此期望確保玻璃轉變溫度低于640℃。出于此目的，引入至少22mol％的ZnO以防止玻璃轉變溫度的升高。但是，當ZnO被過多地引入時，不能滿足用于緊湊并高性能的圖像檢測光學系統(tǒng)的透鏡所期望的40或更大的阿貝數(νd)的需求，玻璃的化學耐久度劣化而削弱了透鏡表面的性質，并降低了光學薄膜的粘附性。此外，抗析晶性也降低，在玻璃材料的成形期間或者在精密模壓期間玻璃易于析晶。因此需要將ZnO的含量限制到42mol％或更少。
與Li2O不同，B2O3是用于形成玻璃網絡的成分，且不能從玻璃的成分排除，并且需要引入至少20mol％的B2O3。但是，需要將其含量限制到45mol％或更少以減少揮發(fā)。
La2O3是用于維持抵抗析晶的穩(wěn)定性并維持玻璃的低散射性，同時增大折射率和化學耐久度的重要成分。引入至少5mol％的La2O3。當其被過多地引入時，玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性劣化，由此La2O3的含量的上限被限制為24mol％或更少。
因此已經完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的非球面透鏡是通過對光學玻璃進行精密模壓形成的非球面透鏡。
該非球面透鏡由如下所述的光學玻璃形成，該光學玻璃具有超過1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(νd)，并按mol％計包括20至40％的B2O3，5至24％的La2O3和22至42％的ZnO，但不包含Li2O，該非球面透鏡具有形成在其表面上的光學薄膜。
就是說，本發(fā)明的非球面透鏡是通過精密模壓被制造為非球面透鏡形式的透鏡以將其優(yōu)化用于具有變焦功能的緊湊且高性能的圖像檢測光學系統(tǒng)，且該透鏡通過對具有由超過1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(νd)所表示的光學性質的光學玻璃進行模制來形成，以給予該透鏡適于作為具有負折射能力的性能以定位在以上光學系統(tǒng)的前端(當透鏡被計算在內時最靠近目標)的透鏡的性質。而且，其表面設置有光學薄膜，例如用于減少表面反射并防止重影和光斑的防反射膜。因為如上所述非球面透鏡由具有以上成分的玻璃模制，所以光學薄膜在粘附性上得到改善，并可以提供高度可靠的透鏡。
理想地，以上玻璃既不包含Li2O也不包含其他堿金屬成分。
當以上透鏡被用作具有從目標側到圖像側布置的多個透鏡的構造的圖像檢測光學系統(tǒng)中定位得最靠近目標的透鏡時，在該透鏡在經常地暴露于外部空氣或被水滴濺灑的狀態(tài)下使用該透鏡，于是其與其他未暴露的透鏡相比在更嚴酷的狀況下被使用。因此，在最前端的透鏡中，技術上更重要的是維持設置在透鏡表面上的光學薄膜的耐久度。
本發(fā)明的非球面透鏡優(yōu)選地由具有低于640℃的玻璃轉變溫度的光學玻璃形成。其原因如上所述。即，可以抑制在精密模壓期間為加熱玻璃材料和壓制模具所需的溫度的過多升高，使得來自玻璃的揮發(fā)成分的量不增多，并且不會促進壓制模具的劣化。以上玻璃轉變溫度優(yōu)選地在630℃或更低，更優(yōu)選地在620℃或更低，進一步優(yōu)選地在615℃或更低。
本發(fā)明的非球面透鏡特別適用作為具有負折射能力的透鏡(例如，凹透鏡、雙凹透鏡或平凹透鏡)。當通過精密模壓制造具有以上形式的透鏡時，玻璃材料被置于壓制模具的中心部分并被按壓。而且，玻璃材料在壓力作用下擴散到由壓制模具圍繞的空間(腔體)中，且分布在中心部分中的玻璃由于按壓而在腔體的周界部分中具有大體積的分布。即，對于具有負折射能力的透鏡，與具有正折射能力的透鏡(例如，凸透鏡、雙凸透鏡或平凸透鏡)相比，玻璃在精密模壓之前所具有的玻璃體積分布與玻璃在精密模壓之后所具有的玻璃體積分布之間存在較大的差別。在以上模制中，易于發(fā)生玻璃的延展失效，由此在精密模壓期間的加熱溫度有時被設定為高水平。在此情況下，當玻璃轉變溫度非常接近其中允許精密模壓的溫度范圍的上限時，在通過模制制造具有負折射能力的透鏡時加熱溫度有時超過合適的溫度范圍。但是，當玻璃材料的轉變溫度被限制為以上范圍時，即使該透鏡是具有負折射能力的透鏡也可以提供不具有任何問題的優(yōu)良的透鏡。
另一方面，當無Li2O的玻璃的玻璃轉變溫度降低得過多時，有時難以獲得所期望的光學性質，或者玻璃有時在抵抗析晶的穩(wěn)定性方面劣化。因此玻璃轉變溫度的下限優(yōu)選地是590℃或更高，更優(yōu)選地是595℃或更高，進一步優(yōu)選地是600℃或更高。
以下將詳細說明本發(fā)明所用的玻璃。以下由％所示的玻璃成分的含量或總含量以及添加劑的含量表示由mol％所示的含量或總含量，并且以下含量比率表示摩爾比率。
B2O3已經解釋過了。其含量是20至45％，優(yōu)選地是20至43％，，更優(yōu)選地是20至40％，還優(yōu)選地是22至38％，進一步優(yōu)選地是24至38％。
La2O3已經解釋過了。其含量是5至24％，優(yōu)選地是6至23％，更優(yōu)選地是7至22％。
ZnO已經解釋過了。其含量是22至42％，優(yōu)選地是23至41％。
出于已經解釋過的原因，Li2O未作為玻璃成分引入，不過其在雜質水平不需要被完全排除。
此外，出于已經解釋的原因，優(yōu)選地不引入Na2O、K2O和Cs2O。在其中用于通過精密模壓制造非球面透鏡的玻璃材料直接由熔化的玻璃塊成形的方法中，玻璃中的堿金屬成分揮發(fā)而引起溝紋并有時使得光學均勻性劣化。相反，當使用不含有Li2O、Na2O、K2O和Cs2O的玻璃時，可以制造無析晶和溝紋的玻璃材料，并可以提供高質量的非球面透鏡。
類似La2O3，Gd2O3是在折射性和化學耐久度上改善玻璃而不會劣化抵抗析晶的穩(wěn)定性和低散射性的成分。當Gd2O3被引入超過20％的量時，抵抗析晶的穩(wěn)定性劣化，玻璃轉變溫度升高，且可精密模壓性趨于劣化，由此其優(yōu)選地引入0至20％的Gd2O3。為了給予高折射性并同時提高化學耐久度，優(yōu)選地引入1至19％的Gd2O3。Gd2O3的含量更優(yōu)選地在2至18％的范圍內。為了提高玻璃穩(wěn)定性，將La2O3和Gd2O3共同存在作為玻璃成分的組成物是優(yōu)選的。當意圖將該玻璃具體地用于通過在玻璃的冷卻期間使其成形來由熔化的玻璃對玻璃材料進行精密模壓的制造中時，重要的是如上所述進一步提高玻璃穩(wěn)定性以防止玻璃在其成形處理中的析晶。
為了維持40或更大的阿貝數(νd)并同時獲得高折射性的玻璃，La2O3和Gd2O3的總含量優(yōu)選地地調節(jié)為10至24％，更優(yōu)選地為12至23％。
對于具有大含量La2O3和Gd2O3的玻璃，SiO2降低了玻璃的液相溫度，在高溫粘性上改善了玻璃，并在穩(wěn)定性上極大地改善了玻璃。但是，SiO2被過多引入，玻璃的折射率減小，而且玻璃轉變溫度升高，使得其精密模壓困難。因此SiO2的含量優(yōu)選地是0至20％，更優(yōu)選地是0至18％。
ZrO2是作為用于高折射性和低散射性的成分使用的可選成分。當引入時，ZrO2產生在高溫粘性和抵抗析晶的穩(wěn)定性方面改善玻璃而不會減小玻璃的折射率的效果。但是，當引入超過10％的ZrO2時，液相溫度急劇升高，且抵抗析晶的穩(wěn)定性劣化。因此，ZrO2的含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Ta2O5是作為用于高折射性和低散射性的成分使用的可選成分。當少量引入時，Ta2O5產生改善高溫粘性和抵抗析晶的穩(wěn)定性而不會減小玻璃的折射率的效果。當引入超過10％的Ta2O5時，液相溫度急劇升高并提高了散射性。因此其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
WO3是根據需要引入以在穩(wěn)定性和可熔性方面改善玻璃并增大折射率的成分。當WO3的含量超過10％時，散射性提高而不能獲得所需的低散射性。因此，其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Nb2O5是用于維持玻璃穩(wěn)定性并同時增大折射率的可選成分。當其被過多引入時，提高了散射性。因此，其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
TiO2是能被引入以調節(jié)光學常數的可選成分。但是，當其被過多引入時，提高了散射性并不再獲得預期的光學常數。因此，TiO2的含量被限制為0至10％，更優(yōu)選地為0至8％。進一步優(yōu)選地是不引入TiO2。
Bi2O3用于增大折射率并提高玻璃穩(wěn)定性。當其被過多引入時，玻璃穩(wěn)定性劣化，且液相溫度升高。因此，其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至6％。
GeO2是用于增大折射率并提高玻璃穩(wěn)定性的可選成分。其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。但是，因為GeO2與其他成分相比不可比地昂貴，所以更優(yōu)選地是不引入GeO2。
Ga2O3也是用于增大折射率并提高玻璃穩(wěn)定性的成分，且其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。但是，因為Ga2O3與其他成分相比不可比地昂貴，所以更優(yōu)選地是不引入Ga2O3。
Al2O3用于在高溫粘性方面改善玻璃，降低液相溫度并在可熔性方面改善玻璃，其也用于提高化學耐久度。當其過多引入時，折射率減小，且抵抗析晶的穩(wěn)定性也降低。因此，其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
BaO是作為用于高折射性和低散射性的成分使用的可選成分。當少量引入時，BaO在穩(wěn)定性和化學耐久度方面改善玻璃。當引入超過10％的BaO時，玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性被極大地削弱，并且玻璃的轉變溫度和屈服溫度(sag temperature)升高。因此，其含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Y2O3和Yb2O3是作為用于高折射性和低散射性的成分使用的可選成分。當少量引入時，它們在穩(wěn)定性和化學耐久度方面改善玻璃。當它們被過多地引入時，玻璃的抵抗析晶的穩(wěn)定性被極大地削弱，并且玻璃的轉變溫度和屈服溫度升高。因此，Y2O3的含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％，而Yb2O3的含量優(yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總含量優(yōu)選地被調節(jié)到10至24％。
此外，根據需要添加Sb2O3作為消泡劑或凈化(refining)劑。當基于全部玻璃成分的總含量的Sb2O3的量在重量上超過1％時，壓制模具的模制表面可能在精密模壓期間受到損傷?；谌坎ＡС煞值目偤康腟b2O3的含量優(yōu)選地在重量上是0至1％，更優(yōu)選地在重量上是0至0.5％。
PbO在作為玻璃成分引入的這些成分中是不優(yōu)選的。PbO是有害的，而且當由含有PbO的玻璃形成的玻璃材料在非氧化氣氛中被精密模壓時，鉛沉積在模制產品的表面上，而引起透鏡的透明度削弱以及沉積的金屬鉛粘附到壓制模具的問題。
Lu2O3比其他成分更少地被用作常用光學玻璃成分，且其具有較高的稀有價值并作為用于光學玻璃的原料是昂貴的，由此優(yōu)選地是不引入Lu2O3。具有以上成分的光學玻璃可以在不引入Lu2O3的情況下實現適于精密模壓的玻璃材料。
光學玻璃理想地不包含例如鎘、碲等將可能產生環(huán)境問題的元素，例如釷等放射性元素，例如砷等有毒元素。此外，考慮倒諸如玻璃熔化期間的揮發(fā)等問題，理想地不包含氟。
以下將說明以上玻璃的光學性質。首先，如上所述玻璃的阿貝數(νb)是40或更多，其上限優(yōu)選地限制為50以給予玻璃適于將玻璃作為材料來模制的穩(wěn)定性。以上玻璃具有超過1.83的折射率(nd)，更優(yōu)選地具有1.84或更大的大折射率(nd)，進一步優(yōu)選地具有1.85或更大的大折射率(nd)。
折射率(nd)的上限不受具體限制，但是折射率(nd)還優(yōu)選地被調節(jié)到1.90或更小以維持玻璃穩(wěn)定性。
可以通過對氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等作為原料進行配重和調合以獲得想要的玻璃組成物，將它們完全混合制備混合物組，在熔化容器中進行混合物組的加熱、熔化、消泡和攪動以制備均勻且無泡的熔化玻璃并將其成形為玻璃材料，以來獲得以上光學玻璃。具體地，可以通過已知的熔化方法制造以上光學玻璃。
用于制造本發(fā)明的非球面透鏡的玻璃材料也被稱作預制件，且其是待被加熱并精密模壓的預制玻璃成形材料。
精密模壓是公知的所謂的“光學模制”，且其是其中通過壓制模具的模制表面的形狀的傳遞來形成光學元件的光學功能表面的方法。光學功能表面表示將光作為受控對象使其折射、反射、衍射光或者使其經過的表面，例如，透鏡的透鏡表面對應于光學功能表面。
玻璃材料的表面優(yōu)選地涂覆有含碳膜，使得在精密模壓期間玻璃在模具中完全地延展。理想地，含碳膜由碳作為主要成分構成(包含碳的膜，當膜中元素的含量以原子百分比表示時其中碳的含量大于任何其他元素的含量)。其具體示例包括碳膜和烴膜。當玻璃材料表面涂覆有含碳膜時，在精密模壓期間可以防止玻璃和模具表面的熔合。例如，可以優(yōu)選地采用石墨狀碳膜作為含碳膜，可以采用例如真空汽相沉積方法、濺射法、離子鍍方法等使用碳材料的公知方法，或者例如使用諸如烴之類的氣體的熱分解等公知方法。
如上所述，含碳膜在精密模壓期間表現了優(yōu)良的功能。但是，當含Li2O的玻璃被精密模壓時，這是透鏡表面上產生模糊或黃化的原因之一。認為是由于玻璃中的Li離子和膜中的碳在高溫狀態(tài)下發(fā)生反應以在玻璃表面上產生碳酸鹽而引起模糊或黃化。本發(fā)明的透鏡是由不含Li2O的玻璃，優(yōu)選地是不含堿性成分的玻璃制成，所以即使在玻璃表面上形成含碳模的狀態(tài)下進行精密模壓，也能避免在模制的物品表面出現模糊和黃化。透鏡表面上碳酸鹽的產生不僅是由于玻璃表面上的膜中存在的碳與玻璃中的Li離子之間的反應，而且還由于將玻璃材料或由含Li離子的玻璃形成的透鏡在含碳氣氛中帶入高溫狀態(tài)。例如，在玻璃材料(預制件)上形成含碳膜時通過在含碳氣氛中加熱預制件可以產生碳酸鹽，或者當透鏡在含碳氣氛例如在大氣中退火時也可以產生碳酸鹽。但是，因為本發(fā)明使用不含Li2O的玻璃，所以即使在進行以上工藝時也可以防止玻璃表面上模糊和黃化的發(fā)生，并可以提高光學薄膜對透鏡表面的粘附性。
在通過精密模壓獲得的透鏡中，圍繞光學功能表面的透鏡周部在一些情況下是被研磨的或被拋光的，類似對中和磨邊處理。在拋光非光學表面的以上步驟之前，理想地，透鏡被退火以減小應變，以防止透鏡在研磨或拋光期間的破裂。在由包含Li2O的玻璃形成的透鏡中，Li鹽可以在退火期間的熱作用下粘附到其光學功能表面，從而降低光學薄膜的粘附性。因此本發(fā)明對于通過研磨和/或拋光形成非光學功能表面(除了光學功能表面之外的表面)并通過精密模壓形成并設置有光學薄膜的光學功能表面的透鏡特別有效。
光學薄膜包括防反射膜和反射具有預定波長的光的膜。至于膜結構，其可以是單層膜或可以是多層膜。
作為防反射膜，使用諸如氟化鎂、氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉭等的材料，根據公知方法來設計膜厚和膜構成，并采用諸如汽相沉積等的方法來在透鏡表面上形成預定膜。此外，因為透鏡被用于圖像檢測光學系統(tǒng)中，所以優(yōu)選地采用多層結構來作為膜結構，使得可以獲得在整個可視光區(qū)域上的防反射效果。
以下將解釋由本發(fā)明提供的、用于制造非球面透鏡的工藝。本發(fā)明的工藝是用于通過加熱由光學玻璃形成的玻璃材料和精密模壓該玻璃材料的步驟來制造非球面透鏡的工藝。
該工藝包括加熱由光學玻璃形成的玻璃材料，精密模壓該玻璃材料和在其表面上形成光學薄膜，該光學玻璃具有超過1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(νd)，其按mol％計包括20至45％的B2O3、5至24％的La2O3和22至42％的ZnO，但是不包含Li2O。
已經描述了本發(fā)明中透鏡的功能、玻璃的功能、玻璃材料、優(yōu)選成分和性質、精密模壓、和光學薄膜的粘附性的提高。
用于精密模壓的壓制模具和模制條件可以從公知的那些中選擇。但是，因為由不含Li2O的玻璃形成的玻璃材料(優(yōu)選地，不含堿金屬成分的玻璃)被精密模壓，所以與對于具有大量Li2O的玻璃的模壓溫度相比，模壓溫度趨于升高。在此狀況下，優(yōu)選地使用具有顯著高的耐熱性的由SiC制成的壓制模具。優(yōu)選地在SiC制成的模具的模制表面上形成含碳膜，優(yōu)選為碳膜。碳膜可以通過汽相沉積或CVD方法或者其他方法來形成。當使用此模具時，優(yōu)選地使用表面涂覆有以上解釋的含碳膜的玻璃材料以進行優(yōu)良的精密模壓。
即使當進行以上精密模壓時，由于以上形成光學玻璃的玻璃材料的使用，光學薄膜的粘附性可以被維持在優(yōu)良的狀態(tài)。
在使用由SiC制成的壓制模具、其模制表面設置有含碳膜的壓制模具和其表面涂覆有含碳膜的玻璃材料中的至少一個的精密模壓中，優(yōu)選地在諸如氮氣或氮氣與氫氣的混合物的非氧化氣體的氣氛中進行精密模壓，以防止壓制模具的模制表面或者形成在以上模制表面上的脫模膜的氧化并防止玻璃材料表面上的涂層的氧化。在非氧化氣氛中，涂覆玻璃材料表面的含碳膜未被氧化，且此膜保留在通過精密模壓獲得的模制產品的表面上。以上膜被最終移除。為了相對容易并完全地移除含碳膜，可以在氧化氣氛，例如在大氣中加熱透鏡。因為構成透鏡的玻璃不含Li2O，優(yōu)選地不含堿性成分，所以不存在含碳膜中的碳或氣氛中的二氧化碳與玻璃中的Li離子反應而在玻璃表面上形成碳酸鹽的情況，由此可以在防止模糊和黃化的同時移除含碳膜。
此外，需要以透鏡將不會通過加熱而變形的溫度或更低的溫度進行含碳膜的氧化和移除。具體地，優(yōu)選在低于玻璃轉變溫度的溫度范圍內進行氧化和移除。
在精密模壓中，預加熱到等同于104至108Pa·s的玻璃粘度的溫度的玻璃材料被供應在一對相對的上下模具構件之間，其模制表面在形狀上制造得很精密，且玻璃材料被模壓，從而模具的一個或多個模制表面的一個或多個形狀可以被傳遞到玻璃材料。可以考慮光學玻璃的粘度等，根據需要確定壓制的壓力和時段，例如，壓制壓力可以被設定為5至15Mpa，且壓制時段可以被設定為10至300秒。諸如壓制時段、壓制壓力等的壓制條件可以根據模制產品的形狀和尺寸，根據需要在已知的范圍內設定。
然后，模具和玻璃模壓產品被冷卻，并優(yōu)選地在應變點溫度或更低時，打開模具并取出玻璃模制產品。為了將光學性質精密地調節(jié)至期望值，可以根據需要調節(jié)玻璃模制產品在其冷卻期間的退火條件，例如退火速率等。
以上精密模壓方法是其中玻璃材料被引入壓制模具且玻璃材料和壓制模具兩者被加熱以進行精密模壓的方法，但是還可以采用其中玻璃材料被加熱并引入到預加熱的壓制模具中以進行精密模壓的構造。在后者的方法中，預加熱壓制模具的溫度可以被設定為低于加熱玻璃材料的溫度，并因此可以降低壓制模具所暴露到其的溫度，由此可以減小模具上的載荷。即使當由于采用不含Li2O的玻璃而提高模壓溫度時，以上方法也可以減小模具上的載荷。
本發(fā)明適用于通過精密模壓獲得的非球面透鏡被退火，然后通過研磨或拋光形成非光學功能表面，清洗非球面透鏡并在光學功能表面上形成光學薄膜的情況。通過研磨或拋光形成非光學功能表面包括例如用于對中的處理。當透鏡在精密模壓和透鏡的冷卻期間具有應變集中時，透鏡可能在處理期間破裂。因此，預先對透鏡退火以減小應變，通過清洗來清潔透鏡并接著在光學功能表面上形成諸如防反射膜之類的光學薄膜。在以上步驟中，在其退火期間不容易在受熱的透鏡表面上發(fā)生模糊或黃化，由此可以制造具有在粘附性方面優(yōu)良的光學薄膜的非球面透鏡。此外，對于制造即使清洗也不容易引起透鏡表面模糊或黃化的、具有在粘附方面優(yōu)良的光學薄膜的非球面透鏡是有利的。
以上處理適用于制造具有負折射能力的非球面透鏡(凹透鏡、雙凹透鏡和平凹透鏡)。關于這些透鏡，存在這樣的一些情況，在將玻璃完全地填充在壓制模具中的空間(腔體)中時通過對玻璃進行模壓來制造的透鏡不被研磨或拋光。在以上模制中，如果在模壓時的腔體容積和玻璃材料的體積不嚴格一致，則玻璃進入壓制模具的模具構件之間的空間而形成模制毛刺，或者玻璃在腔體中的填充不足，由此透鏡在表面精度等方面劣化。為了克服以上問題，采用其中腔體容積和玻璃材料的體積嚴格一致的方法，或者其中構成透鏡的光學功能表面的部分的周界被留作非傳遞表面而不利用壓制模具對其限定的方法。在后者的方法中，即使當玻璃材料的體積在不削弱光學功能表面精度的情況下能形成光學功能表面的范圍內增長時，只要玻璃不完全填充在腔體中，就不會形成模制毛刺。
在使玻璃材料從熔化玻璃直接成形的方法中，體積隨著不同的玻璃材料之間而略有不同，由此其中玻璃不完全填充在腔體中的后者的方法是所期望的。在通過以上方法制造透鏡時，光學功能表面的周界被研磨或拋光，并用作用于將透鏡固定到透鏡夾持器的定位基準表面。例如，當本發(fā)明的透鏡用作JP-A-2005-331641中所述的透鏡11，并與透鏡12結合以構成第一透鏡組(其構成圖像檢測光學系統(tǒng))時，以上基準表面不僅被用于精密地確定這兩個透鏡之間的距離，而且還被用作確定透鏡方向的基準表面以精密地匹配兩個透鏡的方向來使透鏡的光軸一致(例如，使透鏡G11和G12的光軸精密一致)。
通過將透鏡的周界側表面研磨或拋光成圓筒形并(同時)形成垂直于光軸的平面，且光學功能表面位于凹表面?zhèn)壬?當透鏡是雙凹透鏡時，垂直于光軸的平面形成在兩個凹表面?zhèn)戎械闹辽僖粋€上)，來形成用于定位的以上基準表面。
根據以上實施例，即使當進行退火以完全減小應變使得透鏡不會由以上研磨或拋光破裂時，透鏡表面不改變，且可以優(yōu)良地維持光學薄膜的粘附性。
在以上方式下，通過精密模壓形成具有非球面形狀的光學功能表面，并通過研磨或拋光形成非光學功能表面，且通過諸如汽相沉積方法之類的公知方法在這樣獲得的透鏡的光學功能表面上形成光學薄膜。光學薄膜如已經解釋的。
在這樣獲得的透鏡中，玻璃和光學薄膜之間的粘附性是優(yōu)良的。
本發(fā)明的非球面透鏡具有負折射能力，并優(yōu)選地與具有正折射能力并具有1.82或更大的折射率(nd)和25或更小的阿貝數(νd)的透鏡組合，以用于透鏡組中來進行色差修正。在此情況下，具有正折射能力的以上透鏡包括例如凸透鏡、雙凸透鏡和平凸透鏡，且需要地在其光學功能表面上形成防反射膜。
構成以上具有正折射能力的透鏡的玻璃優(yōu)選地是具有超過1.82的折射率(nd)和24.5或更小的阿貝數(νd)的玻璃。
以上玻璃的一個示例是包括P2O5和Nb2O5的光學玻璃，并具體而言，其包括在通過研磨或拋光形成光學功能表面的情況時適用的第一玻璃和在通過精密模壓形成光學功能表面的情況時適用的第二玻璃。
第一玻璃是這樣的光學玻璃，其以質量百分比計包括5至32％的P2O5，27至65％的Nb2O5，0至20％的TiO2，0至12％的WO3，0至15％的Bi2O3，0至30％的BaO，0至15％的Li2O、Na2O和K2O的總量，0至6％的CaO，0至6％的SrO，0至6％的ZnO，0至16％的B2O3，0至5％的SiO2，，0至5％的ZrO2，0至10％的Ta2O5和0至5％的Al2O3，并且包含基于玻璃總含量的0至1％的Sb2O3。
第二玻璃是包括P2O5、Nb2O5和Li2O的光學玻璃，更具體而言是這樣的光學玻璃，其按mol％計包括15至45％的P2O5，3至35％的Nb2O5，2至35％的Li2O，0至20％的TiO2，0至40％的WO3，0至20％的Bi2O3，0至30％的B2O3，0至25％的BaO，0至25％的ZnO，0至20％的MgO，0至20％的CaO，0至20％的BrO，0至30％的Na2O，0至30％的K2O，45％或更少的Li2O、Na2O和K2O的總含量，0至15％的Al2O3，0至15％的SiO2，0至10％的La2O3，0至10％的Gd2O3，0至10％的Yb2O3，0至10％的ZrO2和0至10％的Ta2O5。
以上玻璃的其他示例，即，第三玻璃是包括SiO2、BaO、TiO2和Nb2O5的光學玻璃，并更具體而言，是這樣的光學玻璃，其按質量百分比計包括18至30％的SiO2，12至23％的BaO，22至37％的TiO2，7至16％的Nb2O5，5至20％的Na2O，0至6％的K2O，0至5％的CaO，0至5％的SrO，0至4％的ZrO2，0至3％的Ta2O5，0至1％的Sb2O3和0至0.5％的P2O5。第三玻璃適于作為在通過研磨或拋光形成透鏡的光學功能表面的情況的玻璃。
由這些高折射性低散射性玻璃中的任一種制造具有正折射能力的透鏡。具有正折射能力的透鏡根據光學設計可以是球面透鏡或非球面透鏡。當它是球面透鏡時，使用以上第一至第三玻璃中的任一種并通過研磨和拋光形成光學功能表面。當它是非球面透鏡時，使用以上第二玻璃并通過精密模壓形成光學功能表面。
當具有更優(yōu)良的光透射性的玻璃被用作構成本發(fā)明的透鏡單元中具有負折射能力的透鏡時，期望通過研磨或拋光形成上述透鏡的光學功能表面，即，透鏡的光學功能表面是被研磨的或被拋光的表面。在具有小阿貝數并具有適于精密模壓的低玻璃轉變溫度的玻璃中，與僅被研磨或拋光的玻璃相比，如已經描述的，其對可見光區(qū)域中短波長側上的透射性降低。因此，當以上透鏡由僅被研磨或拋光的玻璃(例如第三玻璃)構成時，可以提供以緊湊的透鏡構造修正色差并在光透射性方面優(yōu)良的透鏡單元。
另一方面，當具有負折射能力的透鏡由諸如第二玻璃之類的玻璃構成或被精密模壓時，可以采用非球面透鏡作為以上透鏡，使得可以提供具有更緊湊的光學系統(tǒng)并具有更小色差的圖像檢測光學系統(tǒng)。在此情況下，因為在透鏡單元中具有負折射能力的透鏡由具有預定阿貝數的玻璃構成，所以即使不過多地減小構成具有正折射能力的透鏡的玻璃的阿貝數，也可以實現優(yōu)良的色差修正，由此可以提供在使用兩個非球面透鏡時在光透射性方面優(yōu)良的透鏡單元。
此外，當具有正折射能力的透鏡由類似第一玻璃那樣與第二和第三玻璃相比具有高折射性和高散射性的玻璃構成時，可以提供一種手段來實現具有更緊湊構造的圖像檢測光學單元。
在其中具有正折射能力的透鏡由第一玻璃或第二玻璃構成的透鏡單元中，與其中以上透鏡由第三玻璃構成的透鏡單元相比，可視光區(qū)域的短波長側上的透射性趨于降低。在能夠通過將圖像數字化來修正色彩平衡的成像系統(tǒng)(例如數碼靜態(tài)相機或數碼攝像機)中，可以修正以上透射性的降低。因此，其中具有正折射能力的透鏡由第一玻璃或第二玻璃構成的以上透鏡單元優(yōu)選地用于諸如數碼相機等的成像系統(tǒng)。
構成具有負折射能力的玻璃是具有如上所述大折射率和40或更大的阿貝數的上述玻璃，并具有優(yōu)良的光透射性，由此擴大了對于構成具有正折射能力的透鏡的玻璃的選擇自由度。
防反射膜(優(yōu)選地具有多層結構)至少形成在這樣獲得的具有正折射能力的透鏡的光學功能表面上，以上具有負折射能力的非球面透鏡與其組合，且這兩個透鏡固定到透鏡夾持器，從而可以獲得其色差被修正的透鏡單元。
以上透鏡單元適于作為在圖像檢測光學單元中布置得最靠近目標的透鏡單元。在此情況下，透鏡單元優(yōu)選地是具有負折射能力的單元。
例如，以上單元(定位在目標側上的具有負折射能力的透鏡)、具有正折射能力的透鏡單元和具有正折射能力的透鏡單元以此順序從目標側向圖像側連續(xù)地布置，并確保從一個單元到另一個單元的距離不同，從而可以獲得具有變焦功能的圖像檢測光學單元。而且，優(yōu)選地提供從目標側計算時第一單元和第二單元之間的有效光闌。
優(yōu)選地在構成以上圖像檢測光學單元的每個透鏡的光學功能表面上提供具有多層結構的防反射膜。
以上透鏡單元和以上圖像檢測光學單元適于作為用于相機透鏡(例如近距離調焦透鏡、變焦透鏡等)的單元和相機透鏡(具體地，用于數碼相機的透鏡)。
以上已經關于具有負折射能力的非球面透鏡解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而本發(fā)明還可以對具有正折射能力的非球面透鏡產生其效果。
示例此后將參考示例解釋本發(fā)明，而本發(fā)明不受這些示例的限制。
根據以下方法測量光學玻璃的各種性質。
(1)折射率(nd)和阿貝數(νd)光學玻璃維持在玻璃轉變溫度(Tg)和屈服溫度(Ts)之間的溫度，并根據日本光學玻璃工業(yè)標準的折射率測量方法，以-30℃/小時的溫度降低速率測量所得到的光學玻璃的折射率(nd)和阿貝數(νd)(使用Kalnew Optics公司提供的“GMR-1”)。
(2)玻璃轉變溫度(Tg)和屈服溫度(Ts)利用由Rigaku公司提供的用于熱機械分析儀的裝置“TMA8510”，在98mN的載荷下以4℃/分的溫度升高速率進行測量。
為了獲得如表1-1和表1-2所示的玻璃成分，諸如H3BO3、La2O3、ZnO、ZnCO3、Gd2O3、ZrO2之類的氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等作為引入玻璃成分的原料被配重以制備具有每份總量為250至300g原料，且每份玻璃原料被充分混合以獲得制備組。每份制備組被置于鉑坩堝中并在維持在1,200至1,450℃的電爐中在空氣中攪拌2至4小時而熔化。在熔化后，每份熔化玻璃被模鑄到40×70×15mm的碳制模具中，并被冷卻到玻璃轉變溫度，此后玻璃立即被置于退火爐中，在玻璃轉變溫度范圍內退火約1小時，并在爐中冷卻到室溫以得到光學玻璃。在這樣獲得的光學玻璃中，通過100倍率的光學顯微鏡沒有觀察到沉積有結晶。
表1-1和表1-2示出了這樣獲得的光學玻璃的性質。
表1-1表1-1


表1-2表1-2


用以下方式由以上玻璃制造用于精密模壓的玻璃材料。
首先，使得在電爐中保持在1,050至1,450℃(對應于4至0.05dPa·s的玻璃粘度)的熔化玻璃以恒定流率從溫度調節(jié)到1,050℃(對應于4dPa·s的玻璃粘度)的鉑合金管連續(xù)地向下流動，熔化玻璃流的前端被玻璃材料成形模具接收，并當具有預定重量的熔化玻璃塊從以上前端分離時，成形模具以比熔化玻璃流的向下流動速度足夠快的速度向下移動，從而分離熔化玻璃塊。當使得熔化玻璃向下流動時，其具有7dPa·s的粘度。
玻璃材料成形模具的玻璃支撐表面由多孔材料構成，且高壓氣體被引入到多孔材料的相反側，并通過多孔材料噴射。
在通過對其施加氣壓使得熔化玻璃塊漂浮在上述玻璃支撐表面的同時，分離的熔化玻璃塊被成形為具有一個旋轉對稱軸的玻璃材料，且玻璃材料被退火。以上述方式獲得的熔化玻璃塊分別具有與以上述方式獲得的對應玻璃材料的質量相等的質量，且這樣獲得的玻璃材料具有±1％或更小的質量精確度。
在以上玻璃材料的成形中，使得熔化玻璃以恒定速率連續(xù)地流出溫控鉑管，被移動到管下方的玻璃材料成形模具向上移動以接收熔化玻璃流的下端。在此狀態(tài)下，在熔化玻璃流的下端和其管側之間形成狹窄部分，使玻璃材料成形模具在預定的時間迅速地向下移動。通過此操作，熔化玻璃流在狹窄部分中分離，并可以在玻璃支撐表面上獲得包括下端并具有預定重量的熔化玻璃塊。
多個玻璃材料成形模具一個接一個地被移動到管下方的位置，進行以上步驟以一個接一個地接收每個具有預定重量的熔化玻璃塊，且熔化玻璃塊被一個接一個地運走。成形模具布置在轉臺上，且該臺可步進轉動以進行以上操作。在使得每個熔化玻璃塊漂浮在模具的玻璃支撐表面上方時，每個熔化玻璃塊被成形為玻璃材料。通過重復從成形模具取出玻璃材料，用成形模具接收熔化玻璃塊和將其成形為玻璃材料的步驟來制造玻璃材料。使玻璃持續(xù)地漂浮，直到從成形模具取出每份玻璃材料。
每份這樣制造的玻璃材料的整個表面通過使得熔化玻璃固化而形成，并且是自由表面。在其表面上及其每份的內部沒有發(fā)現諸如條紋、析晶、裂紋和氣泡之類的缺陷。
如下用如圖1所示的精密模壓裝置對通過以上方法制造的玻璃材料進行精密模壓。玻璃材料4被放置在每個都由SiC制成并在每個模制表面上形成有含碳膜(金剛石等碳膜)的上模具構件1和下模具構件2之間，然后，石英管11中的氣氛被氮氣氛代替，并且圍繞石英管的外表面的加熱器(未示出)被供電以加熱石英管11的內部。模具內的溫度被調節(jié)到使玻璃材料4的粘度變成105至109dPa·s時的溫度，然后在維持該溫度的同時，使得按壓桿13向下移動以從上方按壓上模具構件1，使得模具中的玻璃材料4被按壓。以5至15Mpa的壓力持續(xù)按壓10至300秒。在按壓之后，移除按壓壓力，并且通過非球面模壓獲得的玻璃模制產品在其中其與上模具構件1和下模具構件2接觸的狀態(tài)下被逐漸冷卻到玻璃轉變溫度。然后，玻璃模制產品被迅速冷卻到大約室溫，并從模具取出被模制成非球面透鏡的玻璃。
在以上精密模壓中，玻璃不與引導上模具構件的套筒進行接觸，上下模具構件的模制表面(的形狀)被傳遞，玻璃被模制，且光學功能表面的周界構成非傳遞表面。
通過兩種方法進行以上精密模壓；在一種精密模壓方法中，玻璃材料被引入到壓制模具的上模具構件和下模具構件之間的空間中，壓制模具和玻璃材料被一起加熱，且玻璃材料被按壓以制造非球面透鏡，而在另一種精密模壓方法中，將與預加熱的壓制模具分開加熱的玻璃材料引入到壓制模具中，并按壓以制造非球面透鏡。
圖1示意性地示出了如何通過其中壓制模具和玻璃材料被一起加熱的方法進行精密模壓，標號3表示套筒，9表示支撐桿，10表示支撐墊，而14表示溫差電耦。用以上方式獲得的具有凸透鏡形式的非球面透鏡在560℃的氣氛中退火3小時。在所獲得透鏡的表面上沒有可視地觀察到模糊，并且通過光學顯微鏡放大并觀察，顯示平滑的表面。
在以上示例中，制造了其兩個表面都具有非球面形狀的凸透鏡。取決于根據需要對壓制模具的形狀和尺寸的選擇，可以制造例如雙凹透鏡和平凹透鏡之類具有負折射能力的非球面透鏡，和例如雙凸透鏡和平凸透鏡之類具有正折射能力的非球面透鏡。
以上非球面透鏡在其玻璃轉變溫度或更低的溫度退火以通過氧化移除留在表面上的碳膜，減小透鏡中的應變并精細地調節(jié)它們的折射指數。
光學功能表面的外周界，即，它們的非傳遞表面部分被研磨或拋光以進行對中和磨邊，而形成當透鏡固定在夾持器中時用于定位的基準表面。
在以上研磨或拋光之后，透鏡被清洗、干燥并接著被置于汽相沉積裝置的處理室中，通過汽相沉積形成光學多層膜以防止在可視光區(qū)域中在透鏡表面上的反射。
以上述方式獲得的涂覆有防反射膜的非球面透鏡在玻璃與膜之間的粘附性方面是優(yōu)良的，并且它們適于作為變焦透鏡的最前位置上的凹透鏡。
同時，含碳膜涂覆在由含Li2O玻璃形成的每份玻璃材料的表面上，并使用由SiC制成的并在其模制表面上形成有碳脫模膜的壓制模具對每份玻璃材料進行精密模壓，以得到非球面凹透鏡。這些透鏡以如上所述的相同方式退火，被處理以對中和磨邊，并被清洗，然后在每個透鏡的光學功能表面上形成防反射膜。但是，觀察到由于防反射膜的粘附性不夠，該膜部分地脫落。
如表2-1、2-2、2-3和2-4所示的光學玻璃用于制造凸透鏡。作為用于制造它們的方法，采用了這樣一種方法，其中玻璃材料被加熱并模壓以獲得具有接近期望的透鏡形狀的玻璃模制產品，玻璃模制產品被退火以減小應變并精細地調節(jié)其光學性質，而且其被研磨或拋光以完成球面透鏡(稱作“拋光方法”)，或者這樣一種方法，其中玻璃材料被加熱并精密模壓以制造非球面透鏡(稱作“精密模壓方法”)。表2-1、2-2、2-3和2-4示出了使用怎樣的玻璃和采用怎樣的方法。
根據上述測量方法進行對折射率(nd)、阿貝數(νd)和玻璃轉變溫度(Tg)的測量。
λ70表示在280至700nm的波長區(qū)域中通過使用被拋光為具有10.0±0.1mm的厚度并具有互相平行的平表面的玻璃樣本并使得光從垂直方向入射拋光表面獲得的光譜透射比變成70％處的波長；而λ50表示在280至700nm的波長區(qū)域中通過使用被拋光為具有10.0±0.1mm的厚度并具有互相平行的平表面的玻璃樣本并使得光從垂直方向入射拋光表面獲得的光譜透射比變成50％處的波長。以上光譜透射比表示由Iout/Iin表明的量，其中Iin是對玻璃樣本的入射光的強度，Iout是從玻璃樣本透射的光的強度。這是包括了玻璃樣本內吸收和散射并還包括樣本表面上反射的影響的量。
表2-1表2-1


表2-2表2-2


表2-3表2-3


表2-4表2-4

然后，在每個以上凸透鏡的光學功能表面上形成具有多層結構的防反射膜，并且凸透鏡與以上凸透鏡組合以獲得如下的透鏡單元。凸透鏡和凹透鏡以基于光學設計計算的距離固定到透鏡夾持器，以獲得色差效果。透鏡的方向被確定為凹透鏡的凹表面和凸透鏡的凸表面互相相對。凹透鏡的凸表面在目標側上，凸透鏡的凹表面在圖像側上。
然后，以上透鏡單元被用作布置得最靠近目標側的第一單元，由凸透鏡、凸透鏡和雙凸透鏡組成并總體上具有正折射能力的第二透鏡單元布置在第一透鏡單元的圖像側上，雙凸透鏡布置在第二透鏡單元的圖像側上，以組裝具有變焦功能的圖像檢測光學單元。在每個單元中的透鏡之間的距離固定，并且第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的距離和第二透鏡單元與雙凸透鏡之間的距離可變，以實現變焦功能。在第二單元中，其透鏡之間的距離被設定并固定，以修正單元中的色差。
在第二單元中，凸透鏡的凹表面和凹透鏡的凸表面附裝到彼此，且如上所述雙凸透鏡以分開一定的距離固定。
以如上方式，可以制造緊湊的、高性能且高可靠性的具有變焦功能的圖像檢測光學單元。在用布置在圖像平面上的諸如CCD或CMOS之類的實體圖像檢測設備將圖像數字化為電子數據的圖像檢測光學單元(例如數碼靜態(tài)相機或數碼攝像機)中，具有修正圖像檢測設備的色彩靈敏度的功能和低通濾波功能的過濾器布置在最靠近圖像側的透鏡與圖像檢測設備之間。
已經參考具有變焦功能的圖像檢測單元解釋了以上實施例，而其可以應用于安裝在其焦距恒定的相機上的圖像檢測光學單元，例如具有相機的手機。
工業(yè)實用性本發(fā)明的非球面透鏡可以適于用作構成圖像檢測光學系統(tǒng)的、由玻璃制成的非球面透鏡，特別適于用作變焦透鏡中最靠近目標的、具有負折射能力的透鏡。
此外，本發(fā)明的制造工藝可以用于制造以上非球面透鏡。
權利要求
1.一種非球面透鏡，其通過對光學玻璃進行精密模壓形成，所述非球面透鏡由如下的光學玻璃形成，所述光學玻璃具有超過1.83的折射率nd和40或更大的阿貝數vd，并按mol％計包括20至45％的B2O3，5至24％的La2O3，和22至42％的ZnO，但不包含Li2O，所述非球面透鏡在其表面上形成有光學薄膜。
2.根據權利要求1所述的非球面透鏡，其中，所述光學玻璃包含作為可選成分的如下成分0至20％的Gd2O3，0至20％的SiO2，0至10％的ZrO2，0至10％的Ta2O5，0至10％的WO3，0至10％的Nb2O5，0至10％的TiO2，0至10％的Bi2O3，0至10％的GeO2，0至10％的Ga2O3，0至10％的Al2O3，0至10％的BaO，0至10％的Y2O3，和0至10％的Yb2O3。
3.根據權利要求1或2所述的非球面透鏡，其中，所述光學玻璃具有低于640℃的玻璃轉變溫度。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的非球面透鏡，所述非球面透鏡在具有從目標側向圖像側布置的多個透鏡的圖像檢測光學系統(tǒng)中是定位得最靠近目標的透鏡。
5.一種制造非球面透鏡的工藝，其是通過加熱由光學玻璃形成的玻璃材料和對所述玻璃材料進行精密模壓的步驟實現的，所述工藝包括加熱由光學玻璃形成的玻璃材料，對所述玻璃材料進行精密模壓并在其表面上形成光學薄膜，所述光學玻璃具有超過1.83的折射率nd和40或更大的阿貝數vd，并按mol％計包括20至45％的B2O3，5至24％的La2O3，和22至42％的ZnO，但不包含Li2O。
6.根據權利要求5所述的制造非球面透鏡的工藝，其中，將通過精密模壓獲得的非球面透鏡退火，并接著研磨或拋光以形成非光學功能表面，清洗所述非球面透鏡并接著在光學功能表面上形成所述光學薄膜。
7.一種透鏡單元，其具有如權利要求1至4中任一項所述的非球面透鏡或者由權利要求5或6所述的工藝制造的非球面透鏡，以及具有正折射能力的透鏡，所述具有正折射能力的透鏡由具有1.82或更大的折射率nd和25或更小的阿貝數vd的光學玻璃形成，并具有防反射膜，所述非球面透鏡具有負折射能力并具有防反射膜，所述非球面透鏡與所述具有正折射能力的透鏡組合以修正色差。
8.一種圖像檢測光學單元，其包括如權利要求7所述的透鏡單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非球面透鏡及其制造工藝。非球面透鏡由高折射性低散射性的玻璃形成，其用于構成緊湊并高性能的圖像檢測光學單元，并且其通過精密模壓形成，該光學玻璃具有超過1.83的折射率n
文檔編號C03C3/15GK101042441SQ20071008691
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權日2006年3月20日
發(fā)明者林和孝 申請人:Hoya株式會社