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ch_aoman

2021-11-16 10:38

塑料光學(xué)材料發(fā)展分享

本文譯自the design of plastic optical system
1936年，  the  Rohm  and  Haas  Company 推出PMMA，并命名為 Plexiglas，即現(xiàn)在的 acrylic，同年， DuPont也推出了 acrylic material，命名為 Lucite。
在英國，the  Imperial  Chemical  Industries  PLC 推出了該公司的acrylic，命名為 Perspex。不久，美國的 Dow  Chemical 推出了 polystyrene，并命名為 STYRON。
1934,Peter  Maurice  Koch  de Gooreynd and Arthur Kingston在倫敦成立了the  KGK  Syndicate  Ltd.該公司推出的塑料光學(xué)鏡片被認(rèn)為是最早一批的塑料鏡片， 1938年，兩人分道揚(yáng)鑣。
從第二次世界大戰(zhàn)開始，塑料光學(xué)鏡片快速發(fā)展，并大量用于軍用飛機(jī)，反坦克瞄準(zhǔn)鏡，以及航空相機(jī)。
1950年后， GE  Plastics推出了LEXAN， Bayer 推出了Makrolon，這是最早的PC材料，很遺憾，這些早期的PC并不適合大多數(shù)光學(xué)應(yīng)用，因?yàn)檫@些材料外觀呈現(xiàn)金色。同一時(shí)期，Kodak開始推出使用acrylic材料的取景器和物鏡的相機(jī)。
1960年后，塑料鏡頭相機(jī)在市面上大量推出，十年間，Kodak INSTAMATIC cameras 賣出了超過5000萬臺。在這些相機(jī)中，Acrylic和PS經(jīng)常被一起使用用來消除色差，PC則常被用于非成像應(yīng)用中，例如汽車尾燈和交通信號燈。
1965年， ICI 推出了  polymethylpentene，通常被叫做TPX.今天，一些特殊的塑料光學(xué)領(lǐng)域還在使用它。
1970年，PC材料經(jīng)過不斷優(yōu)化，它的金色調(diào)已經(jīng)不甚明顯，但仍不適用于成像光學(xué)鏡片，這個(gè)階段，PC被用于汽車前照燈。
1980年，光學(xué)級PC問世，這種材料在當(dāng)時(shí)廣泛用于眼鏡，護(hù)目鏡，甚至是F14戰(zhàn)斗機(jī)的透明艙蓋。
1982年，光學(xué)級PC被用于CD的讀寫鏡頭。直到此時(shí)，PC才被人們考慮用作PS的替代品。
1990年，兩種新的光學(xué)材料問世，一種是COC，作為產(chǎn)品銷售時(shí)更多叫做 Zeonex，另一種時(shí)COP，或者叫做 Apel，再或者 Topas。這兩種材料可能是最早的專門針對光學(xué)應(yīng)用的材料。這些材料和acrylic有相似的光學(xué)性能，但同時(shí)具有更高的熱容量和更低的吸水特性。
除了這些新的材料，光學(xué)級polyetherimide（銷售名稱 ULTEM），光學(xué)級 polyethersulfone （銷售名稱  RADEL）也逐漸問世，這兩種材料具有更高的熱容量，和較高的折射率，但由于材料呈褐色，因此，在成像系統(tǒng)中受限。
近幾年問世了一種光學(xué)材料optical polyester，如日本的Osaka Gas Chemicals Co., Ltd推出的OKP4，折射率達(dá)到1.6，較低的阿貝數(shù)，雙折射特性和acrylic類似。

塑料光學(xué)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于大批量條件下的生產(chǎn)效率和成本，同時(shí)重量輕，但缺點(diǎn)是其存儲溫度受限，有熱差問題。

塑料光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢場合：1、大批量加工場景2、復(fù)雜光學(xué)零件加工，如復(fù)眼透鏡，陣列透鏡。3、要求重量輕的場合4、塑料零件比玻璃有更好的抗沖擊性，但塑料的耐磨性很差，通常在零件表面鍍耐磨涂層，或者合理設(shè)計(jì)外殼，使鏡片凹陷在鏡筒中。還有就是第一片零件用玻璃材料，或者增加平板保護(hù)玻璃5、塑料光學(xué)系統(tǒng)可以將法蘭和墊圈模壓成一個(gè)部件，即保證了精度又簡化了裝調(diào)。當(dāng)然還可以模壓出結(jié)構(gòu)特征，如卡扣等。

針對塑料光學(xué)系統(tǒng)的熱差缺點(diǎn)，通常采用被動或主動消熱差技術(shù)，被動消熱差技術(shù)思路可以是采用玻璃和塑料結(jié)合的系統(tǒng)，主要光焦度分配至玻璃透鏡，塑料零件主要用于校正像差，這樣熱焦移最小化，或者正負(fù)透鏡選用不同的塑料材料，通過熱差相互抵消完成設(shè)計(jì)。主動消熱差，則是通過手動調(diào)焦模塊尋找最佳像點(diǎn)。

雙折射問題也是有些塑料光學(xué)系統(tǒng)需要考慮的問題，特別是應(yīng)用于高偏振度的系統(tǒng)時(shí)。雙折射問題是指入射光束進(jìn)入材料時(shí)分離為兩束，雖然雙折射特性不是塑料材料本身的基本特性，但注塑成型的加工方法可能會帶來雙折射問題，特別是澆筑口附近更容易產(chǎn)生。而使用金剛石車削的塑料零件則沒有雙折射問題。

一般的塑料材料，在450nm-900nm具有高透過率，在中遠(yuǎn)紅外透過率很差。

甲苯或者丙酮等溶劑，會降解光學(xué)塑料。