塑胶光学镜片介绍

塑料光学镜片介绍

万良伟

一塑料光学简介

塑料光学是一门新兴行业，它开始于20世纪50~60年代，最初时主要产品仅限于放大器、玩具、太阳镜、电话拨盘、信号灯等低功能、低质量要求的产品；自70年代开始导入照相系统,80年代以后凭借其低成本、高效率的生产模式向玻璃光学技术发起挑战，并藉此实现了自身的蓬勃发展，特别是目前发展到用金刚石车削实现镜面高精度非球面化，为塑料光学提供了更为广阔的市场，更充分体现了塑料光学的不可替代性，现广泛应用于检测仪器、照相机、激光扫描、光盘读写器、光通讯、手机摄像头等不同行业。

二塑料光学镜片原料

光学塑料原料是一种可以和光学镜片相媲美的、具有光学多功能的聚合物透明材料，分为热固性和热塑性两种；常用的塑料光学镜片原料主要为热塑性原料，以聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS) 以及ZEONEX 和COC等为代表，由于热塑性光学塑料原料加热熔化冷却后又固化的特性，易于模塑成各种形状复杂的光学透镜，为塑料光学镜片加工提供了便利的条件；

塑料光学镜片射出成型正是利用了热塑性光学塑料原料的这一特性，在特定温度条件下(300℃以内)使塑料原料熔化成流动状态，再用一定的压力和速度将熔融塑料挤压到预制的模具内冷却固化成型，由于模具完全根据镜片要求进行设计制造(特别是非球面加工)，使塑料光学镜片具备一次加工成品镜片的优越性，从而使塑料光学镜片可以实现非球面甚至双非球面的大批量生产。

由于光学塑料原料的这些特性因素，使光学塑料镜片与光学玻璃镜片相比有如下特点：

2.1 优点：

2.1.1.塑料镜片可设计成各种形状复杂的球面、非球面镜片以及框架镜片一体

化；

2.1.2.容易实现一次加工成品镜片，生产周期短，可以实现大批量生产，因此

大大提高生产效率、降低生产成本。

2.1.

3.塑料镜片比重小，大幅度减轻产品重量，便于携带；

2.1.4.塑料镜片抗冲击性较好，不易破碎；

2.1.5.由于可以实现非球面化、甚至双非球面化，相对可以减少镜片数量，减

小焦距，增大摄像范围，消除像差…所有这些为摄像头的极小化提供了

必备条件。

2.2 缺点：

2.2.1.由于塑料随吸水、温度变化而易变形，易老化，所以光学塑料镜片耐热

性、耐候性较差，使用寿命较短；

2.2.2.塑料镜片表面因带静电而容易附着灰尘而污染；

2.2.

3.塑料镜片硬度低，表面易刮伤，且一般不能擦拭；

2.2.4.塑料镜片会产生双折射，原料选用不当会产生重影。

三塑料光学镜片成型技术及其设备

3.1. 塑料光学镜片成型技术

光学塑料成型技术是当前制造塑料光学镜片特别是非球面光学镜片的先进技术，它包括注射成型、铸造成型和压制成型等技术。光学塑料注射成

型技术主要用来批量生产直径为100毫米以下的塑料光学镜片，也可制造微

型透镜数组；而铸造和压制成型技术主要用于制造直径为100毫米以上的塑

料光学镜片。

注射成型法是将加热后成为流体的定量的光学塑料注射到不锈钢模具中，在加热加压条件下成型，经冷却固化后，打开模具便取得所需要的成品镜片的一种简便实用的塑料光学镜片加工技术。

3.2 设备配置

塑料光学镜片注射成型系统是由成型机、模具及其接口设备（温调机、干燥机及机械手等）构成，以下对各要素加以概述：

3.2.1 成型机

塑料光学镜片成型采用光学镜片专用注射机，以日本新一代FANUC(发那科)机及SUMITOMO(住友)机最为先进，也最为常用，该机采用微电脑控制，多级分段注射，对注射压力、保压、背压、螺杆转速及射出位置实行反馈控制，速度最小设定单位是0.1mm/s，速度切换位置最小设定单位可达到0.01mm，可充分应对不同塑料光学镜片的成型需求。

3.2.2 模具

塑料光学镜片成型技术的关键环节是模具。由于光学塑料成型的工作温度要求较低，所以对模具温度的要求相对要比玻璃成型对模具温度的要求低的多。塑料光学镜片模具是一种超精密模具，除要求几何尺寸的高精度(达0.3um)外，还需要极高的表面光洁度。所以模仁在研磨中既要保证几何尺寸，又要保证其表面光洁度是很困难的，特别是非球面模具超精密加工相当困难，要用刚性好、分辨率高的计算机数控（CNC）超精密非球面加工机床和非球面均匀抛光机进行。首先用计算机数控超精密非球面加工机床，将模坯加工成面形精度达±0.1微米的非球面，然后用抛光机在保持非球面面形精度不变的条件下均匀地进行轻抛光，大约抛去0.01微米的厚度，使模仁表面精度得到提高。

3.2.3 接口设备

3.2.3.1隔热板

在安装模具的时候有必要安装压缩强度、平行度、低热传导率良好的隔热板。隔热板的作用有以下几点：

3.2.3.1.1模具升温快；

3.2.3.1.2使模具内的温度分布均匀；

3.2.3.1.3媒体温度与模穴表面温度差变小。

3.2.3.2干燥机

一般使用除湿型干燥机，以料斗供应器的方式供给较理想，原料以原料厂商建议的温度和干燥时间进行干燥。

3.2.3.3模具温度控制器

模具温度控制有油温控制、水温控制及电热器控制三种方式：

3.2.3.3.1最普通的加热方式是油温加热，由于热效果很差，升温很慢，而

且模具内的温度分布不均匀；

3.2.3.3.2加压水型温度控制效果极佳，但是以高压化来进行水温度调整，

使用时较危险，模具易生锈；因为其配套设施很复杂，占用空间

范围大，维护费用高，设备易损坏等因素导致其成本高，业界采

用较少。

3.2.3.3.3电热器型温度根据加热器的检知器进行控制，效果较好，升温快，

设备简单且成本最低，由于加热不使用水和油，模具保养最适当。

因为其方便使用，被业界广泛使用。

3.2.3.4机械手和流水线

使用机械手和流水线以实现全自动生产。

总之，塑料光学镜片由于具有重量轻、成本低，光学镜片和安装部件可注塑成为一个整体从而节省装配工作量，以及耐冲击性能好等优点，在军事、摄影、医学、工业等领域有着非常广阔的应用前景。