塑料光學元件及其生產(chǎn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種塑料光學元件，特別是一種用于光學儀器（例如數(shù)字照相機）的 取景器透鏡。
【背景技術】
[0002] 近年來，越來越多地需要通過注射成型方法生產(chǎn)厚光學元件。然而，光學元件厚度 的增大增加了由在模制期間早些固化的表面塑料層和之后固化的內(nèi)部塑料部分之間的固 化收縮中的差異所引起的應力。這產(chǎn)生了例如在這樣的光學元件中生成真空氣泡（氣孔） 和生成殘余內(nèi)應力的問題。該厚光學元件還產(chǎn)生了例如因為在模具中的冷卻時間由于厚度 的增加而急劇增加所引起的模制周期顯著增加的問題。
[0003] 為了解決以上問題，日本專利公開No. 8-187793提出了一種發(fā)明，在該發(fā)明中，塑 料芯部透鏡容置于內(nèi)部且同時塑料涂層一體地形成在芯部透鏡的前后光學表面上。
[0004] 使用厚塑料光學元件需要考慮由于吸濕性所引起的塑料光學元件的變形。因此， 該厚塑料光學元件需要由具有低吸水性的塑料制成。然而，目前在注射成型中所使用的具 有低吸水性的塑料中沒有具有高表面硬度的塑料。因此，在數(shù)字照相機中，當厚塑料光學元 件用于暴露至外部的部分時所要求的耐磨度不能令人滿意。在復印機等中，還有厚塑料光 學元件在生產(chǎn)和維護期間被劃傷的顧慮。在日本專利公開No. 8-187793中所描述的相關技 術中，因為芯部透鏡和塑料涂層由同一材料制成，因此該問題也難以避免。期望通過以由于 吸濕性而引起的變形很小的厚度為芯部透鏡涂覆具有高吸水性但具有高表面硬度的材料 而解決該問題。
[0005] 然而，在用于暴露至外部的部分的光學元件中，假定使用者利用有機溶劑擦除附 著至光學元件的污物。因此，不僅暴露至外部的塑料材料，而且用于芯部透鏡的材料都需要 具有優(yōu)異的耐有機溶劑性。然而，簡單地由具有優(yōu)異耐有機溶劑性的材料制成光學元件不 是令人滿意。當有機溶劑施加至光學元件且該光學元件暴露至假定長期惡化的恒溫恒濕測 試環(huán)境下時，有時在芯部透鏡中形成裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的塑料光學元件包括芯部構件和涂覆芯部構件的前表面 和后表面的塑料涂層，制成該塑料涂層的材料不同于芯部構件的材料。芯部構件包含粘均 分子量在23000以上至31000以下范圍內(nèi)的聚碳酸酯。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于生產(chǎn)塑料光學元件的方法包括：使用包含粘均分子 量在23000以上至31000以下范圍內(nèi)的聚碳酸酯的樹脂通過注射成型而模制芯部構件，并 且將用于塑料涂層的熔化材料注入至芯部構件的前表面和后表面上。
[0008] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的塑料光學元件中，即使施加有有機溶劑的塑料光學元件暴 露至假定長期惡化的恒溫恒濕測試環(huán)境，也可抑制在芯部透鏡（芯部構件）中形成裂紋。
[0009] 從參考附圖對示范性實施例的以下描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得明顯。
【附圖說明】
[0010] 圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的塑料元件的平面圖，圖1B是示出了塑料元件 的截面圖，圖1C是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的塑料元件的截面圖；
[0011] 圖2A至2D是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的模具的截面圖；
[0012] 圖3A和3B分別是示出了在根據(jù)本發(fā)明示例1中的塑料元件的平面圖和截面圖；
[0013] 圖4A和4B分別是示出了在根據(jù)本發(fā)明示例2中的塑料元件的平面圖和截面圖；
[0014] 圖5A至5F是示出了在根據(jù)本發(fā)明示例2的模具的截面圖。
【具體實施方式】
[0015] 圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的塑料光學元件的一個示例的平面圖，而圖1B 是示出了該塑料光學元件的示例的截面圖。圖1C是示出了根據(jù)不同于圖1B的實施例的 另一實施例的塑料光學元件的示例的截面圖。在這些圖中，塑料光學元件3包括芯部透鏡 1 (此后稱之為"芯部構件"）、塑料涂層2以及肋4,附圖標記5表示肋4的厚度。肋4形成 在芯部構件1的側(cè)表面的一部分上。由于肋4僅形成在側(cè)表面的一部分上，當塑料涂層在 模具中模制時，未形成肋的側(cè)表面可接觸該模具且可被穩(wěn)固地固定。附圖標記211和212 均代表塑料光學元件的光學表面。在本發(fā)明的一個實施例中，在圖1中所示的芯部構件1 包含粘均分子量在23000以上至31000以下范圍內(nèi)的聚碳酸酯。因此，即使有機溶劑施加 至塑料光學元件3,也可抑制由于塑料光學元件3暴露至假定長期惡化的恒溫恒濕測試環(huán) 境而在芯部構件1中形成裂紋。已用于光學元件的聚碳酸酯的粘均分子量為大約15000至 21000。這是因為具有小分子量的聚碳酸酯在模制期間呈現(xiàn)出良好的流動性且能在低壓下 模制，因此可獲得高光學表面精度。然而，在根據(jù)該實施例的塑料光學元件中，由于在芯部 構件和塑料涂層之間的收縮和吸濕性的差異，容易產(chǎn)生應力。特別是，當施加有有機溶劑 的塑料光學元件暴露至假定長期惡化的恒溫恒濕測試環(huán)境下時，有時在芯部構件中形成裂 紋。已經(jīng)確定裂紋的形成是由如下因素所引起的：在產(chǎn)生應力的狀態(tài)中由于有機溶劑施加 的刺激和恒溫恒濕的刺激所施加的釋放應力的力超過了分子間力并且包含在芯部構件中 的聚碳酸酯被水解。已經(jīng)通過增加芯部構件的分子量而找到解決方案。芯部構件的分子量 的這樣的增加被認為難以獲得高光學表面精度。然而，由于芯部構件的表面涂覆有塑料涂 層，可使用具有高分子量的材料。該分子量例如是23000以上至31000以下。如果分子量 小于23000,就難以抑制由于施加有有機溶劑的塑料光學元件暴露至假定長期惡化的恒溫 恒濕測試環(huán)境而在芯部構件中形成裂紋。如果分子量大于31000,就難以進行模制。粘均分 子量的值通過在JIS K 7252-4的"塑料-使用體積排阻色譜法的聚合物的平均分子質(zhì)量和 分子質(zhì)量分布的測定"中所描述的測量方法確定。
[0016] 如圖1C所示，芯部構件1可具有三層結構，該三層結構包括芯部部分27和形成在 芯部部分27的前表面和后表面上的涂層部分28。芯部構件1的肋31形成在芯部部分27 的側(cè)表面的一部分上。由于肋31僅在芯部部分27的側(cè)表面的一部分上形成，當涂層部分 28在模具中模制時，未形成肋31的側(cè)表面可與模具接觸并被穩(wěn)固地固定。
[0017] 該三層結構可提供較厚的塑料光學元件，同時保持良好的光學性質(zhì)。較厚的塑料 光學元件的一次模制有時增加了在模制期間早些固化的表面塑料層和之后固化的內(nèi)部塑 料部分之間的固化收縮中的差異所引起的應力。結果，在光學元件中產(chǎn)生殘余應力和真空 氣泡（氣孔），這可能影響光學性質(zhì)。此外，由于在模具中的冷卻時間因為厚度的增加而 急劇增加，模制周期顯著地增加。在該三層結構中，即使在生產(chǎn)較厚的塑料光學元件時，一 次模制的光學元件的厚度也可減小。因此，可抑制在光學元件中產(chǎn)生殘余應力和真空氣泡 (氣孔）。
[0018] 在該實施例中，至少涂層部分28由包含粘均分子量在23000以上至31000以下范 圍內(nèi)的聚碳酸酯的材料所制成。因此，即使采用施加有有機溶劑的塑料光學元件3,也可抑 制由于塑料光學元件3暴露至假定長期惡化的恒溫恒濕測試環(huán)境而在芯部構件1中形成裂 紋。此外，芯部部分27和涂層部分28例如由同一材料制成。當它們由同一材料制成時，消 除了在芯部部分27和涂層部分28之間的界面處的折射，這樣降低了芯部部分27的光學表 面所要求的精度。因此，可縮短模制周期。
[0019] 芯部構件1可為任何形狀，例如彎月透鏡形狀、雙凸透鏡形狀、雙凹透鏡形狀、平 凸透鏡形狀或者平凹透鏡形狀。
[0020] 光學表面211和212可為任何表面，例如球面、非球面或者自由形態(tài)表面。
[0021] 塑料涂層2可由環(huán)烯烴樹脂等制成，但是期望地由包含甲基丙烯酸甲酯的樹脂制 成。包含甲基丙烯酸甲酯的樹脂的使用可提供表面具有較好耐磨度的塑料光學元件3。此 外，塑料涂層包含例如至少一種具有吸附紫外線特性的添加劑。這可提供具有較好的抗紫 外線性的塑料光學元件3。具有吸附紫外線特性的添加劑例如包含苯并三唑化合物、二苯甲 酮化合物或者三嗪類化合物。添加的添加劑的數(shù)量不影響塑料涂層2的物理性質(zhì)，該數(shù)量 例如為基于每個塑料涂層2的總重量在0. 1重量份數(shù)以上至5重量份數(shù)以下的范圍內(nèi)。
[0022] 圖2A至2D是示出了在用于生產(chǎn)根據(jù)該實施例的塑料光學元件的方法中所使用的 模具的截面圖。在圖2A和2B中，用于在芯部構件上實現(xiàn)注射成型的芯部構件模制模具10 包括固定模具11和可動模具12。在圖2C和2D中，用于通過注射成型用塑料涂層涂覆芯部 構件的塑料涂層模制模具13包括用于塑料涂層2的固定模具14、可動模具15和澆口 16。 在該實施例中，首先，芯部構件1在圖2A中所示的芯部構件模制模具10中模制。含有聚碳 酸酯的熔化樹脂注入至芯部構件模制模具10中以執(zhí)行模制。除了聚碳酸酯之外，含有聚碳 酸酯的熔化樹脂還可包含紫外光吸收劑和脫模劑。含有聚碳酸酯的熔化樹脂的粘均分子量 在23000以上至31000以下范圍內(nèi)。
[0023] 隨后，將生成的芯部構件1插入塑料涂層模制模具13的可動模具15中。在此，用 于模制塑料涂層2以涂覆芯部構件1的前表面和后表面的空間和用于模制要形成在芯部構 件的側(cè)表面上的肋4的空間形成在塑料涂層模制模具13中。用于模制肋4的空間僅形成 在芯部構件1的側(cè)表面的一部分上。因此，其上未形成該空間的側(cè)表面可與塑料涂層模制 模具13接觸。因此，芯部構件1可穩(wěn)固地固定至塑料涂層模制模具13上。澆口 16在用于 模制肋4的空間中制成，該澆口是用于將樹脂注入至空間中的孔。用于塑料涂層2的熔化 材料同時從澆口 16通過肋4注入芯部構件1的前表面和后表面上所形成的空間中。肋4 的存在不要求用于塑料涂層2的熔化材料分別注入芯部構件1的前表面和后表面中所通過 的流動路徑（注入口、流道以及澆口）。結果，在塑料涂層材料2被模制時所使用的注射成 型機（未示出）的缸數(shù)量可減少，并且模具結構也被簡化。
[0024] 肋的厚度5在0· 5mm以上至3mm以下范圍內(nèi)。如果肋厚度5小于0· 5mm，貝1J當用于 塑料涂層2的熔化材料注入至模具中時所施加的應力增加，這可引起縮痕并增加了殘余應 力。如果肋厚度5大于3_，則當塑料涂層2模制時所要求的模制壓力增加，這可引起芯部 構件1變形。
[0025] 即使有機溶劑施加至由上述生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的塑料光學元件，也可抑制由于塑料 光學元件暴露至假定長期惡化的恒溫恒濕測試環(huán)境而在芯部構件1中形成裂紋。
[0026] 示例 1
[0027] 接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例1。
[0028] 圖3A和3B示出了示例1的結構。圖3A是示出了根據(jù)示例1的塑料光學元件的 平面圖，圖3B是示出該塑料光學元件的截面圖。在圖3A中，附圖標記20表示塑料光學元 件在橫向方向上的最大外部尺寸，附圖標記21表示塑料光學元件在豎直方向上不包含肋 的最大外部尺寸。此處，在橫向方向上的最大外部尺寸20為20mm，在豎