專利名稱：塑料光學(xué)元件及其制造方法和制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及塑料光學(xué)元件，塑料光學(xué)元件的制造方法以及塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，更特別地本發(fā)明涉及一種用于激光數(shù)字復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和傳真機(jī)，或用于諸如攝象機(jī)的光學(xué)設(shè)備中的塑料光學(xué)元件，和一種塑料光學(xué)元件制造方法以及用于制造這種塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
在諸如透鏡和棱鏡的光學(xué)元件中，要求表面形狀和內(nèi)部雙折射具有較高的精度。由于這個原因，傳統(tǒng)上主要用玻璃來制造光學(xué)元件。然而近年來，由于塑料可以被較大自由度地成形并且使用塑料可以得到高生產(chǎn)率，越來越多地使用塑料作為光學(xué)元件。這種趨勢得到了具有低雙折射特性的樹脂材料的發(fā)展以及改進(jìn)的鑄模工藝的支持，改進(jìn)的鑄模工藝能夠生產(chǎn)具有高精確形狀和低雙折射的模制品。
傳統(tǒng)上，樹脂材料主要用做包括聚碳酸脂和丙烯酸樹脂的光學(xué)元件。不過，聚碳酸脂具有較大的雙折射，而丙烯酸樹脂具有水或濕度吸收特性，從而限制了這類材料用做光學(xué)元件。不過，近年來已經(jīng)發(fā)展了具有低水或濕度吸收特性和低雙折射的樹脂材料，從而發(fā)展了樹脂材料作為光學(xué)元件的應(yīng)用。例如，這種樹脂材料包括日本Zeon(Nippon Zeon)制造的Zeonex(產(chǎn)品名)和JSR制造的Arton(產(chǎn)品名)。另外，改進(jìn)的鑄模工藝在低壓下填充樹脂，將壓力施加到整個模具上或通過注入實現(xiàn)注入模制，為提高模制品的形狀精度并得到低雙折射。由于這些原因，使用塑料作為光學(xué)元件的趨勢逐漸增加。
由注入模制形成的諸如塑料掃描透鏡的塑料光學(xué)元件具有令人滿意的精確形狀以及低雙折射。不過，模制塑料光學(xué)元件內(nèi)部存在折射率分布，如圖1a所示。因此，尤其是作為高精度塑料光學(xué)元件，所得到的光學(xué)特性仍然不能勝任并且不令人滿意。
另外，朝著塑料光學(xué)元件的表面方向折射率增大(H高)，朝著中心方向折射率減小(L低)，如圖1b所示。由于這個原因，當(dāng)塑料光學(xué)元件形成成像透鏡時，將產(chǎn)生成像位置誤差。
另外，如圖1中c、d和e所示，在次掃描截面處也產(chǎn)生折射率分布，這種折射率分布導(dǎo)致次掃描光束中的圖像表面失真，也就是，聚焦位置的偏離。例如，在激光打印機(jī)的光學(xué)掃描透鏡的情形中，折射率分布導(dǎo)致將會聚在掃描表面上的束斑從設(shè)計位置處朝著光偏轉(zhuǎn)器方向發(fā)生移動，掃描表面上的束斑直徑比設(shè)計值大，從而使由光學(xué)掃描所繪出的圖像質(zhì)量降低，如日本特許公開專利申請No.10-288749中所描述。
塑料光學(xué)元件中的折射率分布由以下原因所引起。即，當(dāng)模制樹脂時，在模具壁面附近，即在樹脂的外圍部分，溫度急劇降低，而在樹脂的中心部分溫度逐漸降低。從而，在樹脂的注入填充狀態(tài)和初始施加給樹脂的壓力很高時，模具的壁面附近迅速冷卻，使樹脂的外圍部分凝固，因此樹脂的密度在樹脂的外圍部分較高。不過由于到樹脂的中心部分被冷卻并凝固時，施加給樹脂的壓力被減小，樹脂的中心部分的密度較低。結(jié)果，樹脂的密度在朝著光學(xué)元件表面的方向較大，朝著光學(xué)元件中心部分的方向較小。因為密度和折射率之間高度相關(guān)，在朝著光學(xué)元件表面的方向折射率增大，朝著光學(xué)元件中心部分的方向折射率減小，從而產(chǎn)生折射率分布。
折射率分布的主要原因是模具壁面附件樹脂的迅速冷卻。因此，在樹脂被注入并填充到高溫模具之后，可以想象經(jīng)歷逐漸冷卻樹脂的退火過程，減小模制樹脂內(nèi)部的溫度分布，使得可得到具有低折射率分布的透鏡。不過根據(jù)這種想象的方法，模制周期變得相當(dāng)長，生產(chǎn)率很低，增加了光學(xué)元件的制造成本。
另一方面，已經(jīng)提出了多種規(guī)定透鏡形狀并使用折射率分布很小的透鏡區(qū)域的方法。例如，日本特許公開專利申請第8-201717號提出了采用第一種方法的光學(xué)掃描元件，規(guī)定透鏡形狀滿足h/t＞2的關(guān)系，其中t表示光束傳播方向上光束的深度，h表示與光束傳播方向垂直的方向上光束的高度。在第一種方法中通過使h值較大，可減小樹脂冷卻時光束傳輸區(qū)域中的溫度分布，實現(xiàn)該區(qū)域中的小折射率分布，從而減小圖像位置誤差。
另外，日本特許公開專利申請第9-49976號提出了第二種方法，通過考慮折射率分布而進(jìn)行光學(xué)設(shè)計。根據(jù)該第二種方法，通過調(diào)節(jié)成像透鏡的形狀，可克服折射率分布導(dǎo)致的成像透鏡的成像位置誤差。通過朝向旋轉(zhuǎn)多邊鏡方向改變成像位置設(shè)計值，可能將光束成像在掃描表面上。
另外，日本特許公開專利申請第11-77842號提出了第三種方法，在退火過程中減小折射率分布。退火過程在模具外部加熱樹脂，將樹脂保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)一預(yù)定時間，然后冷卻樹脂。根據(jù)該第三種方法，可能減小光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
不過，根據(jù)第一種方法，光束沒有穿過的區(qū)域，即光學(xué)元件的非有效區(qū)域增大了。結(jié)果，要求形成光學(xué)元件的樹脂數(shù)量增加，為了防止收縮必須使模制周期(冷卻時間)很長。由于這個原因，光學(xué)裝置的制造成本很高，光學(xué)元件諸如透鏡的形狀受到限制，從而限制了可以設(shè)計的光學(xué)元件的自由度。
根據(jù)第二種方法，制造出模具，然后在確定模制條件以適合該模具之后對諸如透鏡的光學(xué)元件進(jìn)行評價，此后確定形狀校正值。從而，如果由于模制的其它不便而必須改變模制條件，也必須因此改變形狀校正值，必須要修改插入鏡面。另外，當(dāng)所制模具由大量模具構(gòu)成時，對于每個腔必須改變形狀校正值，必須相應(yīng)于腔的數(shù)量創(chuàng)建若干處理程序。因此，包括試驗的模具數(shù)量非常大，需要制造的插入鏡面的數(shù)量增加，從而增加了光學(xué)元件的制造成本。
另外，第三種方法與第一和第二種方法相比更有效，在于通過時間很短的退火過程折射率分布被減小到一定程度。不過，第三種方法不能完全消除折射率分布。由于這個原因，隨著光學(xué)元件所要求精度的增加，必須進(jìn)一步減小折射率分布。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明總的目的在于提供一種可以解決前面所述的問題的新穎且有用的塑料光學(xué)元件，塑料光學(xué)元件制造方法以及塑料光學(xué)元件制造設(shè)備。
本發(fā)明另一個且更具體的目的在于提供一種廉價的塑料光學(xué)元件，其具有低折射率分布，一種用于制造這種塑料光學(xué)元件的制造方法，以及用于制造這種塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種通過噴射鑄模來制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造方法，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入到模具中，對熱交換表面進(jìn)行熱交換，通過腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力形成塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該方法包括的步驟為(a)首先將塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面冷卻到小于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)的狀態(tài)。
塑料光學(xué)元件制造方法還包括步驟(b)對非光學(xué)表面的塑料光學(xué)元件表面的至少一部分進(jìn)行退火。
另一方面，塑料光學(xué)元件制造方法還包括步驟(b)通過溫度控制元件對非光學(xué)表面的塑料光學(xué)元件表面的至少一部分進(jìn)行退火。在這種情況下，步驟(b)可以通過使非光學(xué)表面的各個表面相接觸來并排設(shè)置多個塑料光學(xué)元件，將設(shè)置在最外部的每個塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面與溫度控制元件接觸。
步驟(a)可以冷卻塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面。
根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造方法，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
步驟(b)可以使用具有加熱裝置的溫度控制元件。步驟(b)可以使用非接觸加熱裝置作為加熱裝置。步驟(b)可以使用紅外線加熱裝置或高頻加熱裝置作為非接觸加熱裝置。在這種情況下，可使用簡單結(jié)構(gòu)對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分進(jìn)行退火，可以極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
塑料光學(xué)元件制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(b)通過溫度控制元件對塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面進(jìn)行退火。塑料光學(xué)元件制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(c)根據(jù)周圍溫度來控制溫度控制元件的溫度。
塑料光學(xué)元件制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(c)根據(jù)周圍溫度控制溫度控制元件的溫度。在這種情況下，與自然冷卻相比可以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐嘶稹?br> 步驟(b)可以以每分鐘3℃或更小的速度實現(xiàn)退火?？蛇M(jìn)一步減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
在塑料光學(xué)元件制造方法中，預(yù)定溫度范圍的下限值可以為[GTT-40℃]，GTT表示樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。塑料光學(xué)元件制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(b)在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前將溫度低于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件加熱到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。步驟(b)可以將塑料光學(xué)元件的溫度維持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火為止。或者，塑料光學(xué)元件制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(b)在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前將溫度高于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。步驟(b)可以將塑料光學(xué)元件的溫度維持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火為止。在這種情況下，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種通過噴射鑄模來制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入到模具中，對由腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該裝置包括至少一個與塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分相接觸的溫度控制元件，當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)時，在樹脂冷卻過程中對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火。
塑料光學(xué)元件制造裝置可以包括一對溫度控制元件，其中通過使各自非光學(xué)表面的表面接觸將多個塑料光學(xué)元件并排設(shè)置，該對溫度控制元件中的每一個與設(shè)置在最外部位置的相應(yīng)一個塑料光學(xué)元件的非光學(xué)表面相接觸，使得多個塑料光學(xué)元件夾在該對溫度控制元件之間。
根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，樹脂中的溫度分布均勻并在退火過程執(zhí)行之前減小溫度分布。由于這個原因，可減小塑料光學(xué)元件的折射率分布，而在模制之后通過自然冷卻會產(chǎn)生較大的折射率分布。
溫度控制元件可以包括加熱裝置。加熱裝置可以包括非接觸加熱裝置。非接觸加熱裝置可以包括紅外線加熱裝置或高頻加熱裝置。
根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
本發(fā)明的再一個目的在于提供一種通過噴射鑄模來制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入到模具中，由腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳導(dǎo)表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該裝置包括至少一個溫度控制元件，當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)時，在樹脂冷卻過程中接觸并冷卻塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面。根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
溫度控制元件可以依照周圍溫度來控制塑料光學(xué)元件的溫度。在這種情況下，與自然冷卻相比可實現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐嘶稹?br> 塑料光學(xué)元件制造設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分以每分鐘3℃或更低的速度進(jìn)行退火的裝置。在這種情況下，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
塑料光學(xué)元件制造設(shè)備可以包括多個溫度控制元件，其中多個溫度控制元件中的每一個被用做退火，直到在樹脂冷卻過程的一個周期之內(nèi)完成退火。在這種情況下，可提高生產(chǎn)率，從而降低制造成本。
預(yù)定溫度范圍的下限可為[GTT-40℃]，GTT表示樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。塑料光學(xué)元件制造設(shè)備可以進(jìn)一步包括加熱裝置，在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前，將溫度低于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件加熱到預(yù)定溫度范圍內(nèi)。該裝置可以將塑料光學(xué)元件的溫度維持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火。或者，塑料光學(xué)元件制造設(shè)備可以進(jìn)一步包括冷卻裝置，在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前將溫度高于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。該裝置可以將塑料光學(xué)元件的溫度維持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火。在這種情況下，可極大地減小塑料光學(xué)元件內(nèi)的折射率分布。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種通過噴射鑄模而制造的塑料光學(xué)元件，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入到模具中，由腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳導(dǎo)表面進(jìn)行熱交換，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，其中在樹脂冷卻過程中首先將塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面冷卻到在塑料光學(xué)元件的溫度處于小于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件，其內(nèi)部折射率分布被極大地減小了。
本發(fā)明的還一個目的在于提供一種通過噴射鑄模而制造的塑料光學(xué)元件，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入到模具中，由腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，其中塑料光學(xué)元件表面非光學(xué)表面的至少一部分與至少一個溫度控制元件相接觸，當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)時，在樹脂冷卻過程中對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火。根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件，其內(nèi)部的折射率分布被極大地減小了。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種塑料光學(xué)元件，包括一個光學(xué)表面，通過該光學(xué)表面的入射光沿光傳輸方向傳輸；和一個側(cè)面，其中沿光傳輸方向形成折射率分布。根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件，其內(nèi)部的折射率分布被極大地減小了。
本發(fā)明的其它目的和特點從下面參照附圖的詳細(xì)說明中將清楚體現(xiàn)。


圖1是用于解釋掃描透鏡內(nèi)折射率分布的示意圖；圖2為大致示出根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件一個實施例的透視圖；圖3為大致示出根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備第一實施例結(jié)構(gòu)的剖面圖圖4為大致示出根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備第二實施例結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第三實施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖2為大致示出根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件實施例的透視圖。該實施例的塑料光學(xué)元件由根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造方法的第一實施例所制造。在這個實施例中，本發(fā)明用于掃描透鏡。本實施例使用噴射鑄模，使用一個具有預(yù)定大小的腔的模具，至少一個熱交換面在限定腔體的腔表面中形成。將熔融樹脂材料注入到模具中，形成掃描透鏡一個光學(xué)表面的傳熱表面由腔體內(nèi)產(chǎn)生的樹脂壓力進(jìn)行熱傳導(dǎo)。從模具中取出模制品也就是掃描透鏡自然冷卻。
圖2中所示的用于激光打印機(jī)的掃描透鏡1由樹脂制成，如Nippon Zeon制造的Zeonex(產(chǎn)品名)。掃描透鏡1由通過注入模具的樹脂模制而成，在掃描透鏡從模具中取出后，掃描透鏡1按照塑料光學(xué)元件制造方法的第一個實施例被冷卻。更特別地，正如下面將要描述的，僅掃描透鏡1的非光學(xué)表面，如側(cè)面，被自然冷卻到室溫。
在圖2中，掃描透鏡1的上表面和下表面構(gòu)成了掃描透鏡1的光學(xué)表面11。當(dāng)掃描透鏡1被安裝到激光打印機(jī)時，激光束穿過掃描透鏡1，從下面的光學(xué)表面11入射，并從上面的光學(xué)表面11噴射。側(cè)面12形成在上、下光學(xué)表面11的兩側(cè)。
圖3為剖面圖，一般地給出了根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第一實施例的結(jié)構(gòu)。該塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第一實施例采用了塑料光學(xué)元件制造方法的第一實施例。
圖3中所示的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備包括一對溫度控制元件21。每個溫度控制元件21中有一個由筒式加熱器22和熱電偶23組成的溫度控制裝置。將該對溫度控制元件21設(shè)置成與掃描透鏡1的側(cè)面12輕微接觸。另外，筒式加熱器22和熱電偶23連接到一個外部溫度控制部件(未示出)。溫度控制部件控制施加給筒式加熱器22和熱電偶23的電壓，同時考慮環(huán)境或周圍的溫度，使得每個溫度控制元件21被控制到適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 下面，將描述塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的該第一實施例的操作。
首先，夾在一對溫度控制元件21中間的掃描透鏡1被放入一個溫度受控的槽中(未示出)，被加熱到預(yù)定溫度范圍內(nèi)一個任意的溫度，并被維持在該任意溫度一預(yù)定時間。從而，在預(yù)定時間中掃描透鏡1被均勻加熱并消除掃描透鏡1內(nèi)部的溫差，從而減小了模制之后掃描透鏡1自然冷卻到室溫時所產(chǎn)生的折射率分布。然后，將處于該對溫度控制元件21之間的掃描透鏡1從溫度受控的槽中取出，并放置在室溫環(huán)境中。以每分鐘3℃或更低的速度通過構(gòu)成溫度控制裝置的筒式加熱器22和熱電偶23對掃描透鏡1進(jìn)行退火，直到該掃描透鏡1(即，溫度控制裝置)的溫度達(dá)到小于或等于預(yù)定溫度范圍下限值的溫度。結(jié)果，掃描透鏡1的光學(xué)表面11首先被冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。
根據(jù)該實施例，雖然在掃描透鏡的樹脂冷卻時由于溫度分布而產(chǎn)生了折射率分布，不過溫度分布產(chǎn)生在光穿過掃描透鏡的光傳輸方向上。由于這個原因，折射率分布也產(chǎn)生在光傳輸方向上。在這種狀態(tài)下，即使存在輕微的折射率分布，光傳輸方向的折射率分布也不會產(chǎn)生成像位置誤差，從而，可得到具有較小成像位置誤差的高質(zhì)量掃描透鏡。在光學(xué)透鏡的情況下，會聚在掃描表面上的束斑位置接近于束斑的設(shè)計位置，能夠改善所得到的圖像質(zhì)量。
重要的是將預(yù)定溫度范圍設(shè)置成大于或等于[GTT-40℃]，且小于或等于GTT，GTT表示掃描透鏡所使用的樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。從本發(fā)明人所進(jìn)行的實驗發(fā)現(xiàn)，形成折射率分布的溫度區(qū)域處于掃描透鏡所用的樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的-40℃的范圍內(nèi)。由于這個原因，經(jīng)證實樹脂材料不必被退火到不必要的低溫區(qū)，而且證實可以在較短的時間內(nèi)制造出具有低折射率分布的掃描透鏡，也就是光學(xué)元件。
用于第一實施例的樹脂材料，Zeonex，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度大約為137℃。從而，在這種情況下預(yù)定溫度范圍大約為97℃到137℃。
所使用的樹脂材料不限于上述類型，可以使用任何非晶態(tài)熱塑性材料。由于玻璃轉(zhuǎn)化溫度隨著樹脂材料的不同而不同，根據(jù)所使用的樹脂材料，上述預(yù)定溫度范圍存在差異。
在第一實施例中，溫度控制裝置的筒式加熱器22為棒狀。不過，筒式加熱器22可以被多種電熱器取代，如板狀加熱元件、薄膜型加熱元件和片型加熱元件。
圖4為剖面圖，大致示出根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第二實施例的結(jié)構(gòu)。該塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第二實施例采用根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造方法的第二實施例。在圖4中，那些與圖3中對應(yīng)部分相同的部分由相同的附圖標(biāo)記表示，將省略對其的描述。
在圖4中，多個掃描透鏡1并排設(shè)置，使得各自的側(cè)面12彼此相接觸，多個掃描透鏡1夾在一對溫度控制元件21之間。在這種情形中，最外部的兩個掃描透鏡1的側(cè)面12與該對溫度控制元件21接觸。以每分鐘3℃的速度對掃描透鏡1進(jìn)行退火，每個掃描透鏡1的光學(xué)表面11首先被冷卻到預(yù)定溫度范圍內(nèi)。當(dāng)然，并排設(shè)置的掃描透鏡1的數(shù)量不限于圖4所示的3個。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第三個實施例的結(jié)構(gòu)。塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的第三實施例采用根據(jù)本發(fā)明塑料光學(xué)元件制造方法的第三實施例。在圖5中，那些與圖3中對應(yīng)部分相同的部分由相同的附圖標(biāo)記表示，將省略對其的描述。
在圖5中，一對溫度控制元件21安裝在自動脫扣裝置的臂部24，自動脫扣裝置用于卡緊模制樹脂產(chǎn)品，即掃描透鏡1。自動脫扣裝置設(shè)置在臨近于模制樹脂產(chǎn)品即掃描透鏡1的噴射鑄模裝置(未示出)處。安裝在臂部24的該對溫度控制元件21夾住掃描透鏡1，使得掃描透鏡1的側(cè)面12與相應(yīng)的溫度控制元件21接觸。每個溫度控制元件21都具有筒式加熱器22和熱電偶23，筒式加熱器22與熱電偶23連接到外部溫度控制部件(未示出)上并被其控制。
下面，將對塑料光學(xué)元件制造設(shè)備的該第三實施例的操作進(jìn)行描述。
首先，噴射模制裝置通過噴射模制出掃描透鏡1，通過設(shè)置有溫度控制元件21的自動脫扣裝置將模制的掃描透鏡1從模具中取出。以每分鐘3℃的速度通過溫度控制裝置對掃描透鏡1進(jìn)行退火，直到掃描透鏡1(即，溫度控制裝置)的溫度低于或等于預(yù)定溫度范圍的下限。從而，與上述第一實施例相似，掃描透鏡1的光學(xué)表面11首先被冷卻。
從而可得到具有微小成像位置誤差的高質(zhì)量掃描透鏡。
一個周期的模制時間隨著掃描透鏡的尺寸或厚度而不同。對于具有較大厚度的掃描透鏡，一個周期的模制時間很長，在這種情況下，由于所需退火可以在一個周期內(nèi)進(jìn)行，與第一實施例相似光學(xué)透鏡被退火。但是當(dāng)一個周期的模制時間較短，所需退火不能在一個周期中完成時，可在第一自動脫扣裝置以外設(shè)置第二自動脫扣裝置。在這種情況下，在從模具中取出掃描透鏡之后，由第一自動脫扣裝置的溫度控制元件21將掃描透鏡保持在預(yù)定溫度范圍中任一溫度，從而，掃描透鏡提供給第二自動脫扣裝置的溫度控制元件21，并以每分鐘3℃的速度進(jìn)行退火，直到掃描透鏡(即溫度控制裝置)達(dá)到預(yù)定溫度范圍的下限值，從而得到與第一實施例中所得到的相似的效果。在這種情況下，還可解決在一個周期的模制時間內(nèi)不能完成所需退火的情況，在不降低生產(chǎn)率的條件下能夠減小掃描透鏡的制造成本。
下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的塑料光學(xué)元件制造方法的第四個實施例。塑料光學(xué)元件制造方法的第四實施例也用于制造掃描透鏡1。
首先，掃描透鏡1被放入溫度受控的槽中(未示出)，被加熱到預(yù)定溫度范圍內(nèi)任一溫度，并維持在該任一溫度一預(yù)定時間。從而，在預(yù)定時間內(nèi)掃描透鏡1被均勻加熱并且消除掃描透鏡1內(nèi)部的溫差，減小了掃描透鏡1在膜制后被自然冷卻到室溫時的折射率分布。然后，從溫度受控的槽中取出掃描透鏡1，并且被設(shè)置成接收來自紅外線加熱裝置(未示出)的紅外線輻射或來自高頻加熱裝置(未示出)的高頻輻射。紅外線加熱裝置和高頻加熱裝置分別具有一對溫度控制裝置。在接收紅外線或高頻照射的同時以每分鐘3℃的速度對掃描透鏡1進(jìn)行退火，直到掃描透鏡1(即，溫度控制裝置)達(dá)到預(yù)定溫度范圍的下限值。結(jié)果，掃描透鏡1的光學(xué)表面11首先被冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。
從而，可得到具有較小成像位置誤差的高質(zhì)量掃描透鏡。另外，可以使用傳送帶或類似裝置將掃描透鏡從溫度受控的槽中運送到紅外線加熱裝置或高頻加熱裝置，使得通過連續(xù)過程對掃描透鏡進(jìn)行有效地退火。
當(dāng)然，塑料光學(xué)元件不限于圖1中所示的掃描透鏡1。本發(fā)明可以類似地用于包括柱面透鏡和長條形透鏡的多種塑料光學(xué)元件中。
在上述實施例中，溫度控制元件21與掃描透鏡1的側(cè)面12接觸。不過，溫度控制元件21可以與掃描透鏡1的光學(xué)表面11相接觸，從而以類似的方式控制光學(xué)表面11的溫度。
另外，在所描述的實施例中，在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前將溫度低于預(yù)定溫度范圍的掃描透鏡1加熱到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。不過，如果掃描透鏡1的溫度高于預(yù)定溫度范圍，在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前將掃描透鏡1冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。在每種情況下，掃描透鏡1的溫度可以被維持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，直到開始退火。
另外，本發(fā)明不限于這些實施例，在不偏離本發(fā)明范圍的條件下可以進(jìn)行多種改變或變型。
權(quán)利要求
1.一種通過噴射鑄模制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造方法，其使用具有預(yù)定大小腔體的模具，至少一個熱交換表面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入模具中，并且通過腔體內(nèi)所產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該方法包括步驟(a)首先將塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面冷卻到塑料光學(xué)元件的溫度處于小于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(b)對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分進(jìn)行退火。
3.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(b)通過溫度控制元件對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分進(jìn)行退火。
4.如權(quán)利要求3所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)通過使各自的非光學(xué)表面的表面相接觸，將多個塑料光學(xué)元件并排設(shè)置，將設(shè)置在最外部的每個塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的表面與溫度控制元件相接觸。
5.如權(quán)利要求3所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)使用具有加熱裝置的溫度控制元件。
6.如權(quán)利要求5所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)使用非接觸加熱裝置作為加熱裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)使用紅外線加熱裝置或高頻加熱裝置作為非接觸加熱裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(a)冷卻塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面。
9.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(b)通過溫度控制元件對塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面進(jìn)行退火。
10.如權(quán)利要求9所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(c)根據(jù)環(huán)境溫度來控制溫度控制元件的溫度。
11.如權(quán)利要求3所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(c)根據(jù)環(huán)境溫度來控制溫度控制元件的溫度。
12.如權(quán)利要求2所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)以每分鐘3℃或更小的速度進(jìn)行退火。
13.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，預(yù)定溫度范圍的下限值為[GTT-40℃]，GTT表示樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
14.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(b)在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前，將溫度低于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件加熱到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)將塑料光學(xué)元件的溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火為止。
16.如權(quán)利要求1所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，還包括步驟(b)在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前，將溫度高于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的塑料光學(xué)元件制造方法，其特征在于，所述步驟(b)將塑料光學(xué)元件的溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)，直到開始退火為止。
18.一種通過噴射鑄模制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，使用具有預(yù)定大小腔體的模具，至少一個熱交換表面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入模具中，通過腔體內(nèi)所產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該制造設(shè)備包括與塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分相接觸的至少一個溫度控制元件，當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍內(nèi)時在樹脂冷卻過程中對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火。
19.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，包括一對溫度控制元件，其中通過使各自的非光學(xué)表面相接觸而并排設(shè)置多個塑料光學(xué)元件，該對溫度控制元件中的每一個與設(shè)置在最外部的相應(yīng)每一個塑料光學(xué)元件的非光學(xué)表面相接觸，使得多個塑料光學(xué)元件夾在該對溫度控制元件之間。
20.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述溫度控制元件包括加熱裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述加熱裝置包括非接觸加熱裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述非接觸加熱裝置包括紅外線加熱裝置或高頻加熱裝置。
23.一種通過噴射鑄模制造塑料光學(xué)元件的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，使用具有預(yù)定大小腔體的模具，至少一個熱交換表面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入模具中，通過腔體內(nèi)所產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，該制造設(shè)備包括至少一個溫度控制元件，其與塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面相接觸，并且當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍內(nèi)時在樹脂冷卻過程中冷卻塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面。
24.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述溫度控制元件根據(jù)環(huán)境溫度來控制塑料光學(xué)元件的溫度。
25.如權(quán)利要求23所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述溫度控制元件根據(jù)環(huán)境溫度來控制塑料光學(xué)元件的溫度。
26.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，還包括以每分鐘3℃或更小的速度對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分進(jìn)行退火的裝置。
27.如權(quán)利要求23所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，還包括以每分鐘3℃或更小的速度對塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分進(jìn)行退火的裝置。
28.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，包括多個溫度控制元件，其中多個溫度控制元件中的每一個被用于退火，直到在樹脂冷卻過程的一個周期內(nèi)完成退火。
29.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，預(yù)定溫度范圍的下限為[GTT-40℃]，其中GTT表示樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
30.如權(quán)利要求23所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，預(yù)定溫度范圍的下限為[GTT-40℃]，其中GTT表示樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
31.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，還包括在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前，將溫度低于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件加熱到預(yù)定溫度范圍內(nèi)的裝置。
32.如權(quán)利要求31所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述裝置將塑料光學(xué)元件的溫度保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，直到開始退火為止。
33.如權(quán)利要求18所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，還包括在對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火之前，將溫度高于預(yù)定溫度范圍的塑料光學(xué)元件冷卻到預(yù)定溫度范圍之內(nèi)的裝置。
34.如權(quán)利要求33所述的塑料光學(xué)元件制造設(shè)備，其特征在于，所述裝置將塑料光學(xué)元件的溫度保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，直到開始退火為止。
35.一種通過噴射鑄模所制造的塑料光學(xué)元件，使用具有預(yù)定大小腔體的模具，至少一個熱交換表面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入模具，通過腔體內(nèi)所產(chǎn)生的樹脂壓力對形成塑料光學(xué)元件光學(xué)表面的傳熱表面進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，其中塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面在樹脂冷卻過程中首先被冷卻到塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
36.通過噴射鑄模所制造的一種塑料光學(xué)元件，使用具有預(yù)定大小腔體的模具，至少一個熱交換表面形成在限定腔體的腔表面中，將熔融樹脂材料注入模具，對熱交換表面進(jìn)行熱交換，通過腔體內(nèi)所產(chǎn)生的樹脂壓力形成塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面，從模具中取出塑料光學(xué)元件自然冷卻，其中塑料光學(xué)元件非光學(xué)表面的至少一部分與至少一個溫度控制元件相接觸，當(dāng)塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍之內(nèi)時在樹脂冷卻過程中對塑料光學(xué)元件進(jìn)行退火。
37.一種塑料光學(xué)元件，包括光學(xué)表面，通過光學(xué)表面入射光沿光傳播方向傳導(dǎo)；和側(cè)面，其中在光傳播方向形成折射率分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塑料光學(xué)元件制造方法,通過噴射鑄模制造塑料光學(xué)元件,該方法包括首先將塑料光學(xué)元件的光學(xué)表面冷卻到塑料光學(xué)元件的溫度處于低于或等于樹脂材料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的預(yù)定溫度范圍內(nèi)的狀態(tài)的步驟。
文檔編號B29D11/00GK1355094SQ01137618
公開日2002年6月26日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月28日
發(fā)明者山中康生, 渡辺順, 澤田清孝 申請人:株式會社理光