CN103424786A - 塑料光学元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种塑料光学元件，包括由第一塑料制成的基底部件，以及在基底部件的表面上布置的覆盖部件。覆盖部件由第二塑料制成。第一塑料的吸水率低于第二塑料的吸水率。本发明还涉及制造塑料光学元件的方法。

Description

塑料光学元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在例如数码相机和复印机等光学设备中使用的塑料光学元件，以及用于制造该塑料光学元件的方法。
背景技术
通过注塑法来制造厚的光学元件的需求与日俱增。然而，随着光学元件的厚度增加，在成型过程中先固化的表面塑料层与后固化的内塑料部之间出现固化收缩的差异，因此光学元件中的应力增加了。这样将不利地在光学元件内形成空隙，或导致内部应力残留。由于光学元件的厚度增加，用于冷却在模具中的厚光学元件的时间急剧增加，因此成型周期显著增加。
为了解决这些问题，No.8-187793号日本专利公开提出，把基底部件与塑料覆盖部合成一体，从而基底部件的第一和第二表面被覆盖部覆盖。
厚塑料光学元件必须考虑到由于塑料本身吸湿而引起的变形，且因此应由吸水率低的塑料形成。否则，光学元件的表面很可能因吸湿而变形，且因此焦点位置会偏移或者其他的光学性能也下降。不幸地，用于注塑的低吸水率塑料的表面硬度通常较低。因此，低吸水率塑料不能满足用于数码相机露出部所需的耐磨性。在用在复印机中时，厚塑料光学元件在制造或维护期间可能被损坏。甚至以上引用的No.8-187793号日本专利公开也不能解决这一问题，这是因为基底部件和塑料覆盖部件由相同的材料制成。
发明内容
本发明提供了一种厚的耐磨塑料光学元件，其不会因为吸湿而过分变形，并且提供了一种用于制造塑料光学元件的方法。
塑料光学元件包括由第一塑料制成的基底部件以及在基底部件表面上布置的覆盖部件。该覆盖部件由第二塑料制成。第一塑料的吸水率低于第二塑料的吸水率，并且该第二塑料具有高于第一塑料的硬度。
用于制造塑料光学元件的方法包括通过将第二塑料的熔体供给到放置在模具中的基底部件的表面上而形成覆盖部件。该基底部件由第一塑料制成。第一塑料具有低于第二塑料的吸水率。第二塑料具有比第一塑料更高的铅笔硬度。
通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的塑料光学元件的视图。
图2A和2B是第一实施例的塑料光学元件的视图。
图3A至3D是在第一实施例中使用的模具的视图。
图4A至4D是在第一实施例中使用的模具的视图。
图5A至5B是在本发明的实例中制备的塑料光学元件的视图。
图6A至6B是在本发明的实例中制备的塑料光学元件的视图。
图7A至7B是根据本发明第二实施例的塑料光学元件的视图。
图8A至8B是根据本发明第三实施例的塑料光学元件的视图。
图9A至9D是在本发明实施例中使用的模具的视图。
图10A至10C是在本发明的实例中制备的塑料光学元件的视图。
图11A至11C是根据本发明的第四实施例由第一塑料制成的示范性基底部件的视图。
图12A至12C是根据本发明第四实施例的塑料光学元件的视图。
具体实施方式
第一实施例
图1是根据本发明的第一实施例的塑料光学元件3的剖视图。在图1中，塑料光学元件3包括由第一塑料制成的基底部件1以及由第二塑料制成的覆盖部件2。基底部件1具有第一表面4和第二表面5。并且，塑料光学元件3具有第一表面6和第二表面7。基底部件1的第一塑料具有比覆盖部件2的第二塑料更低的吸水率。第二塑料具有比第一塑料更高的硬度。基底部件1可以是透镜。此处提及的塑料硬度是指按照JIS K5401测得的铅笔硬度，并且“硬塑料”是指塑料具有高的铅笔硬度。通过增大第二塑料的硬度，塑料光学元件3的第一和第二表面6和7的耐磨性提高。通过减小第一塑料的吸水率，基底部件1因其自身吸湿而造成的变形也降低了。下文中因吸湿所造成的变形可被称作吸湿变形。另外，通过使用第二塑料的覆盖部件2来覆盖基底部件1的第一和第二表面4和5，能够减小由于第一塑料和第二塑料之间吸水率差异而引起的吸湿变形。因此，能够获得不会因吸湿而过分变形的厚的耐磨塑料光学元件。基底部件1的表面4和5中的一个表面是第一表面，另一个是第二表面。任一表面都可以是第一表面或第二表面，没有特殊限制。并且，塑料光学元件3的表面6和7中的一个表面是第一表面，另一个是第二表面。任一表面都可以是第一表面或第二表面，没有特殊限制。如果基底部件1是透镜，则该透镜可以是弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜或平凹透镜，并且透镜的形状没有特殊限制。并且，透镜的表面可以是球面、非球面或者自由形式的，并且表面形状没有特殊限制。此处提及的术语“铅笔硬度”是根据JIS K5401测得的值。此处提及的术语“吸水率”是根据JIS K7209测得的值。第一塑料和第二塑料可以是透明的。该透明塑料可以是彩色的，不限于无色的，并且具有80%以上的可见光透射率的塑料是有利的。
第一塑料可以具有范围在0.01%至0.2%的吸水率。第二塑料可以具有2H以上的铅笔硬度。第一塑料和第二塑料之间吸水率的差异优选为0.3%以下。通过使用具有这些性能的塑料，能够获得吸湿变形较小的厚的耐磨塑料光学元件。如果第一塑料的吸水率高于0.2%，则基底部件1的吸湿变形更容易增大。因此，基底部件1的表面严重变形，并且光学性能下降。如果第二塑料的铅笔硬度低于2H，则第二塑料的表面易被刮伤，因此，耐磨性不能令人满意。第一塑料可以是包含聚碳酸酯、环烯烃聚合物、环烯烃和α-烯烃的共聚物、苯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物、或者芴聚酯的树脂。然而，只要吸水率为0.2%以下，则第一塑料并没有特别地限制。第二塑料可以是聚甲基丙烯酸甲酯或硬的硅树脂。然而，只要其铅笔硬度为2H以上，则第二塑料并没有特别地限制。一种或多种能够吸收UV光的添加剂能够被添加到第二塑料中。即便较厚，这样的塑料光学元件也能够抵挡UV光。能够吸收UV光的添加剂的实例包括但并不限于苯并三唑化合物、二苯甲酮化合物和三嗪化合物。添加剂含量可以是使得该添加剂不影响覆盖部件2的物理性能，并且按重量计算在0.1至5份的范围中。
覆盖部件2的厚度优选在0.5至3mm的范围中。图2显示了塑料光学元件3的结构。与图1中相同的部件通过相同的附图标记来表示，且因此省略了对其的说明。在图2中，附图标记8表示塑料光学元件3的光学有效部；附图标记9表示由第二塑料制成的覆盖部件2的第一厚度；附图标记10表示覆盖部件2的第二厚度；且附图标记11表示基底部件1的厚度。在本实施例中，覆盖部件2的第一厚度9和第二厚度10均在0.5至3mm的范围中。塑料光学元件能抵抗磨损，并且尽管较厚，但吸湿变形较小。如果覆盖部件2的第一厚度9和第二厚度10小于0.5mm，则当第二塑料的熔体被供给到模具中时所施加的应力增大了，从而缩痕或残余应力也不利地增大了。相反，如果覆盖部件2的第一厚度9和第二厚度10大于3mm，则覆盖部件2因第二塑料吸湿而变形。覆盖部件2的第一厚度9是指在光学有效部8中从塑料光学元件3的第一表面6到基底部件1的第一表面4之间的平均距离。覆盖部件2的第二厚度10是指在光学有效部8中从塑料光学元件3的第二表面7到基底部件1的第二表面5之间的平均距离。基底部件1的厚度11是指其在光学有效部8中的最大厚度。基底部件1的第一表面4和塑料光学元件3的第一表面6彼此大致同位，且基底部件1的第二表面5和塑料光学元件3的第二表面7彼此大致同位。覆盖部件2的第一厚度9（在光学有效部8中塑料光学元件3的第一表面6和基底部件1的第一表面4之间的距离）理想地是不过分变化。并且，覆盖部件2的第二厚度10（在光学有效部8中塑料光学元件3的第二表面7和基底部件1的第二表面5之间的距离）理想地是不过分变化。并且，覆盖部件2的第一厚度9可以与覆盖部件2的第二厚度10大致相等。
以下，将描述用于制造本实施例的塑料光学元件的方法。第一和第二塑料将如此选择，以使第二塑料具有比第一塑料更大的铅笔硬度，且使第一塑料具有比第二塑料更低的吸水率。基底部件1可以通过注塑、挤塑或压塑等方法由第一塑料制成。把所得到的基底部件1放置在注塑模具的模腔中，且把第二塑料供给到基底部件1的第一和第二表面4和5上以覆盖基底部件1，因此与基底部件1合为一体。
用于制造塑料光学元件的方法的示范性工艺在图3A至3D中被示出。图3A至3D是本实施例的方法中使用的模具的剖视图。图1和2A及2B中的相同部件通过相同的附图标记来表示，且因此对其省略说明。附图标记20表示具有模腔21的基底部件模具。附图标记30表示具有模腔31的塑料光学元件模具，覆盖部件2在该模腔中形成。在这一工艺中，首先，通过将具有较第二塑料具有更低吸水率的第一塑料27经由注道22、流道23及浇口24注入到基底部件模具20的模腔21内而形成基底部件1，如图3B中所示。之后，把所得到的基底部件1插入到塑料光学元件模具30的模腔31内，如图3C中所示。把较第一塑料具有更高铅笔硬度的第二塑料29经由注道32、流道33及浇口34注入到模腔31内，如图3D中所示。因此，形成了覆盖部件2，以完成塑料光学元件3。该塑料光学元件3抗磨损，且尽管其较厚,但不会因吸湿而过分变形。为了增强基底部件1和第二塑料29之间的附着力，可以用高能量的射束照射基底部件1的第一表面4和/或第二表面5。该高能量射束可以是但不限于紫外辐射、电晕放电或者等离子体放电。在这一工艺中，可以形成与芯部件一体的基底部件1。更具体地，把该芯部件插入到基底部件模具20内，且把第一塑料供给到芯部件的第一和第二表面上覆盖该芯部件。芯部件和基底部件1可以是彼此合成一体的透镜。用于这一透镜的形成工艺显示在图4A至4D中。图4A至4D是显示在本实施例中所使用的用于形成透镜的工艺的剖视图。与图1至3D中相同的部件通过相同的附图标记表示，且因此对其省略描述。在图4A至4D中，附图标记45表示将被封闭在基底部件1中的透镜。透镜45具有第一表面46和第二表面47。透镜45使用具有模腔51的透镜模具50而形成。附图标记60表示具有模腔61的基底部件模具。首先，通过将第一塑料57经由注道54、流道55及浇口56注入到透镜模具50的模腔51内而形成透镜45，如图4B所示。把透镜45插入到基底部件模具60的模腔61内，如图4C中所示。之后，通过将第一塑料67经由注道64、流道65及浇口66注入到基底部件模具60的模腔61内而形成基底部件1。该工艺能够防止由于在成型过程中先固化的表面塑料层和后固化的内塑料部之间固化收缩的差异（该差异随基底部件1的厚度增加而增大）而导致的应力增大。
透镜45的表面46和47中的一个是第一表面，且另一个是第二表面。任意一个表面都可以是第一表面或第二表面，没有特殊限制。该透镜45可以是弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜或平凹透镜，并且透镜的形状没有特殊限制。并且，透镜45的表面可以是球面、非球面或自由形式，表面形状没有特殊限制。基底部件1的表面和透镜45的表面能够大致彼此同位。有利地是，在光学有效部中，基底部件1的第一表面4和透镜45的第一表面46之间的距离与基底部件1的第二表面5和透镜45的第二表面47之间的距离均为相同。
第二实施例
接下来，将根据本发明的第二实施例描述塑料光学元件和用于制造该光学元件的方法。在随后的说明中，与第一实施例中相同的部件通过相同的附图标记来表示，且因此对其省略说明。在第二实施例中，覆盖部件包括第一覆盖部和第二覆盖部，且第一覆盖部或第二覆盖部由第三塑料制成。与第三塑料相比，第一塑料具有更低的吸水率。
图7A和7B是第二实施例的塑料光学元件的示意图。图7A是塑料光学元件的俯视图，图7B是塑料光学元件的剖视图。塑料光学元件3包括由第一塑料制成的基底部件1，由第二塑料制成的第一覆盖部121，以及由第三塑料制成的第二覆盖部122。基底部件1具有第一表面4和第二表面5。并且，塑料光学元件3具有第一表面6和第二表面7。基底部件1可以是透镜。在第二实施例中，基底部件1的第一塑料较第二和第三塑料具有更低的吸水率，且第二和第三塑料的铅笔硬度比第一塑料的铅笔硬度更高。第二塑料和第三塑料的吸水率可以是相同的。通过降低第一塑料的吸水率，能够减小由第一塑料制成的基底部件1的吸湿变形。通过增大第二和第三塑料的铅笔硬度，塑料光学元件3的第一和第二表面6和7的耐磨性提高了。通过将第二和第三塑料的吸水率设定为相同的值，防止了塑料光学元件3由于这些塑料之间吸湿率的差异而弯曲。并且，基底部件1的侧面71未覆盖有覆盖部件（第二塑料或第三塑料）。这样减小了塑料光学元件3外周的吸湿变形。这样的塑料光学元件3耐磨损，且即便较厚，也不会因吸湿而过分变形。在塑料光学元件3中，基底部件1的表面4和5中的一个是第一表面，另一个是第二表面。任何一个表面都可以是第一表面或第二表面，没有特殊限制。并且，塑料光学元件3的表面6和7中的一个是第一表面，另一个是第二表面。任何一个表面都可以是第一表面或第二表面，没有特殊限制。相似地，覆盖部121和122之一是第一覆盖部，且另一个是第二覆盖部。任何一个覆盖部都可以是第一或第二覆盖部，没有特殊限制。如果基底部件1是透镜，则透镜可以是弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜或平凹透镜，并且透镜的形状没有特殊限制。第一、第二和第三塑料可以是透明的。透明塑料可以是彩色的，而不限于是无色，且具有80%以上的可见光透射率的塑料是有利的。
基底部件1的吸水率优选在0.01%至0.2%的范围内，且第二和第三塑料优选具有2H以上的铅笔硬度。第一塑料和第二塑料之间以及第一塑料和第三塑料之间吸水率的差异优选为0.3%以下。这样的塑料光学元件3耐磨损，且即便较厚，也不会因吸湿而过分变形。如果基底部件1的吸水率高于0.2%，则基底部件1的吸湿变形因其自身吸湿而增加。如果第二和第三塑料的铅笔硬度降低至低于2H，则塑料光学元件的表面耐磨性不令人满意。第一塑料的实例包括聚碳酸酯、环烯烃聚合物、环烯烃和α-烯烃的共聚物、苯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，以及芴聚酯。然而，只要其吸水率为0.2%以下，则对第一塑料并没有特别地限制。第二和第三塑料均可以是聚甲基丙烯酸甲酯或硬的硅树脂。然而，只要其铅笔硬度为2H以上，则第二和第三塑料并没有特别地限制。第二塑料和第三塑料可以是相同材料。一种或多种能够吸收UV光的添加剂可以添加到第二和第三覆盖部121和122的第二和第三塑料中。即便较厚，这样的塑料光学元件3也能够抵挡UV光。能够吸收UV光的添加剂的实例包括但并不限于苯并三唑化合物、二苯甲酮化合物和三嗪化合物。添加剂的含量可以是使得该添加剂不影响第二和第三塑料的物理性能，并且按重量计算可以在0.1至5份的范围中。
覆盖部121和122的厚度优选在0.5mm至3mm范围内。在图7A至7B中，附图标记8表示塑料光学元件3的光学有效部；附图标记9表示由第二塑料制成的第一覆盖部121的厚度；附图标记10表示由第三塑料制成的第二覆盖部122的厚度；附图标记11表示基底部件1的厚度。在本实施例中，第一覆盖部121的厚度9和第二覆盖部122的厚度10均在0.5mm至3mm范围内。这样的塑料光学元件3耐磨损，且即便较厚，也不会因吸湿而过分变形。如果第一和第二覆盖部121和122的厚度9和10小于0.5mm，则当第二或第三塑料的熔体供应到模具内时，所施加的应力变大。因此，缩痕或残余应力会不利地增加。相反，如果第一和第二覆盖部121和122的厚度9和10大于3mm，则第一覆盖部121或第二覆盖部122会因第二或第三塑料吸湿而变形。第一覆盖部121的厚度9是指在光学有效部8中从塑料光学元件3的第一表面6到基底部件1的第一表面4之间的平均距离。第二覆盖部122的厚度10是指在光学有效部8中从塑料光学元件3的第二表面7到基底部件1的第二表面5之间的平均距离。基底部件1的厚度11是指其在光学有效部8中的最大厚度。基底部件1的表面4、5可以分别与塑料光学元件3的表面6、7大致同位。在光学有效部8中，塑料光学元件3的第一表面6和基底部件1的第一表面4之间的距离变化令人满意的小。相似地，在光学有效部8中，塑料光学元件3的第二表面7和基底部件1的第二表面5之间的距离变化令人满意的小。第一覆盖部件121的厚度9与第二覆盖部件122的厚度10大致相等。
接下来，将描述用于制造本实施例的塑料光学元件3的方法。第一、第二及第三塑料如此选择，即第二和第三塑料较第一塑料具有更高的铅笔硬度，且第一塑料较第二和第三塑料具有更低的吸水率。具有相同吸水率的塑料被选为第二和第三塑料。基底部件1可通过注塑、挤塑或压塑等方法由第一塑料制成。所得到的基底部件1放置在注塑模具的模腔中，且第二塑料和第三塑料分别供给到基底部件1的第一和第二表面4和5上，以形成覆盖部121和122。
图9A是用于制造本实施例的塑料光学元件3的示范性塑料光学元件模具的剖视图。塑料光学元件模具130具有模腔131。基底部件1插入到塑料光学元件模具130的模腔131中。之后，较第一塑料具有更高铅笔硬度的第二和第三塑料分别经由注道132和135、流道133和136及浇口134和137注入到模腔131内。第一覆盖部121和第二覆盖部122因此形成，以完成塑料光学元件3。图9B显示了另一个塑料光学元件模具。该塑料光学元件模具140具有模腔141。基底部件1插入到塑料光学元件模具140的模腔141中。之后，较基底部件1的第一塑料具有更高铅笔硬度的第二或第三塑料从注道142经由从注道142分岔的流道143和145，以及浇口144和146而注入到模腔141中，因此形成覆盖部121和122，以完成塑料光学元件3。该塑料光学元件3耐磨损，且即便较厚，也不会因吸湿而过分变形。在这一工艺中，第二塑料和第三塑料是相同的材料（第二塑料）。为了增强基底部件1与第一和第二覆盖部121和122之间的附着力，基底部件1的第一和第二表面4和5可以用高能量的射束来照射。该高能量射束可以是但不限于紫外辐射、电晕放电或者等离子体放电。基底部件1可以与透镜合为一体。通过将第一塑料供给到放置在基底部件模具中的透镜的表面上能够形成这样的基底部件1。这一工艺将参考图9C进行描述。附图标记170表示基底部件1中的透镜。透镜170具有第一表面173和第二表面174。附图标记160表示基底部件模具。透镜170插入到基底部件模具160的模腔中。之后，第一塑料从注道162经由从注道162分岔的流道163和165，以及浇口164和166而注入到基底部件模具60的模腔中，因此形成基底部件1。该工艺能够防止由于在成型过程中先固化的表面塑料层171及172和后固化的内塑料部之间固化收缩的差异（该差异随基底部件1的厚度增加而增大）而导致的应力增大。
透镜170的表面173和174之一是第一表面，另一个是第二表面。任何一个表面都可以作为第一或第二表面，没有特殊限制。透镜170可以是弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜或平凹透镜，并且透镜的形状没有特殊限制。并且，透镜170的表面可以是球面、非球面或者自由形式的，并且表面形状没有特殊限制。基底部件1的表面4和5和透镜170的表面173和174大致彼此同位。有利地是，基底部件1的第一表面4和透镜170的第一表面173之间的距离以及基底部件1的第二表面5和透镜170的第二表面174之间的距离在光学有效部中均是相同的。
第三实施例
接下来，将根据本发明的第三实施例描述塑料光学元件和用于制造该塑料光学元件的方法。在随后的说明中，与第一或第二实施例中相同的部件将通过相同的附图标记来表示，且对其省略描述。
第三实施例的塑料光学元件具有把第一覆盖部和第二覆盖部连接的肋。图8A和8B是第三实施例的塑料光学元件的示意图。塑料光学元件3具有肋115。该肋115具有浇口（未示出），第二塑料经该浇口注入。这一结构减少了用于形成第一覆盖部121和第二覆盖部122的注塑机的缸数，并且允许使用具有简单构造的模具。除了形成肋的区域之外，基底部件1的侧面未覆盖有覆盖部件或第二塑料。这能够减小塑料光学元件3的外周的吸湿变形。这种塑料光学元件3耐磨损，并且即便较厚，也不会因吸湿而过分变形。另外，该塑料光学元件能够以更低的成本来制造。肋115的宽度215与覆盖部件的外周214的长度之比优选在1/12至4/12的范围中。更具体地，肋115在与第一覆盖部121相接触的部分处的宽度215与第一覆盖部121的外周长度（等于基底部件1的邻近第一覆盖部121的外周长度）之比设定在1/12至4/12的范围中。并且，肋115在与第二覆盖部122相接触的部分处的宽度215与第二覆盖部122的外周长度（等于基底部件1的邻近第二覆盖部122的外周长度）之比设定在1/12至4/12的范围中。通过将肋/外周之比设定至1/12以上，即使基底部件1的第一塑料比第二塑料具有较低的玻璃转变温度Tg并且从而耐热性较低，也能减小由覆盖部作用在肋上的应力。因此，可以抑制外观异常。通过将肋/外周之比设定至4/12以下，能够抑制由于肋115的宽度215增加而导致的吸湿变形。这样的塑料光学元件3能够耐磨损，并且即便其较厚，但吸湿变形较小，另外，在外观上不会呈现出异常。
在用于制造第三实施例的塑料光学元件3的方法中，使用了具有肋形部的模具，该肋形部的形状对应于连接覆盖部121和122的肋115的形状。图9D显示了模具的结构。图9D是该模具的剖视图。基底部件1插入到模具（塑料光学元件模具）180的模腔中。之后，较基底部件1的第一塑料具有更高铅笔硬度的第二塑料从注道182经由流道183、浇口184和肋形部187注入到模腔中，从而形成第一和第二覆盖部121和122，因此完成了塑料光学元件3。肋形部187可以具有浇口184，第二塑料经该浇口184引入。因此，用于形成第一覆盖部121和第二覆盖部122的注塑机的缸数减少了，并且模具的结构也简化了。因此，能够以低成本制造出不会因吸湿而过分变形的厚的耐磨损塑料光学元件3。基底部件1可以与透镜合为一体。这种基底部件1能够通过将第一塑料供给到放置在基底部件模具中的透镜表面上而形成。在这种情况下，透镜可以具有凹进部，以便于第一塑料供给到透镜的表面上。
第四实施例
将根据本发明的第四实施例描述塑料光学元件和用于制造该塑料光学元件的方法。在随后的说明中，与第三实施例中相同的部件将通过相同的附图标记来表示，且因此对其省略描述。在第四实施例中，基底部件具有凸缘部，该凸缘部分割第三实施例的肋115。在第三实施例的结构中，在一些情形下，连接第一和第二覆盖部的肋115会因吸湿而在其根部处变形。
因此，在第四实施例中，肋的至少一部分被切除，从而使由第一塑料制成的基底部件露出，以分离开第一覆盖部和第二覆盖部。因此，能够防止在肋的根部处出现的变形。图11A和11B显示了由第一塑料制成的示范性基底部件。每个基底部件91具有凸缘部（凸缘的形状），其包括部分913和914。在形成了覆盖部件之后，部分913被切除，以留下部分914。因此，该凸缘部在肋915处露出。因此，由第二塑料制成的覆盖部件的肋915被分割，且能够防止在肋的根部处出现的变形。因此，基底部件91设有凸缘部（部分913和914），从而分割了连接第一覆盖部和第二覆盖部的肋915。尽管为了简化说明，该凸缘部通过两个部分913和914来表示，但该凸缘部理想地形成为一体。图12A至12C显示了第四实施例的塑料光学元件3。肋915至少部分被切除，从而露出基底部件91的凸缘部的一部分。因此，可减少肋周围出现的吸湿变形。本实施例的塑料光学元件通过与第三实施例大致相同的方法制造。接下来，将描述那些不同的步骤。如图9D中所示，基底部件1以将凸缘部定位在浇口184处的方式被放置在塑料光学元件模具180的模腔中。浇口184形成在肋形部187处，并且第二塑料经该浇口184引入以形成第一覆盖部121和第二覆盖部122。在第二塑料被供给经过浇口184之后，形成在浇口184中的部分被切除。此时，第二塑料的肋的至少一部分被一同切除，从而露出基底部件1的凸缘部的一部分。因此，肋915的至少一部分被轻易切除，从而在肋处露出凸缘部的一部分。
实例
实例1至6，比较例1和2
图5A和5B显示了在实例1至6及比较例1和2中制备的塑料光学元件的结构。图5A是该结构的平面图，图5B是该结构的剖视图。与图1和2A及2B中相同的部分由相同的附图标记来表示，且因此对其省略说明。附图标记40表示每个塑料光学元件3的外部高度，且附图标记41表示塑料光学元件3的外部宽度。塑料光学元件每个均是高度40为16mm且宽度61为18mm的椭圆形弯月透镜，且具有高度为12mm且宽度为14mm的光学有效椭圆部8，其侧面具有脱模角（未示出）。基底部件1的厚度11为6mm，且覆盖部件2的第一厚度9和第二厚度10均为1mm。基底部件1由表格1中所示的相应的第一塑料形成。实例1至6及比较例1的覆盖部件2的第二塑料是聚甲基丙烯酸甲酯，包含1.0份重量的1，2-羟基-5-甲基-1-苯并三唑，其可吸收UV光。在比较例2中，聚碳酸酯被用作覆盖部件2的第二塑料。为了提高基底部件1和覆盖部件2之间的附着力，实例1、2、3和6的基底部件1采用电晕放电来照射。之后，塑料光学元件在图3C和3D中所示的模具中被制备。用于实例1至6及比较例1和2的检验结果被显示在表格1中。结果显示出，实例1至6能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小的吸湿变形的厚塑料光学元件。这些实例的塑料光学元件3厚且耐磨损，并且不会因为吸湿而过分变形。另一方面，比较例1的光学元件呈现了大的吸湿变形，比较例2的光学元件呈现了较低的硬度。因此，这些光学元件不能满足所期望的性能。为了确定吸湿变形，用表面轮廓分析仪测量塑料光学元件的表面轮廓，之后，让该塑料光学元件在湿度为95%的环境中保持240小时。之后，在光学元件被取出后，立即再次测量表面轮廓。这些表面轮廓之间的差别被定义为吸湿变形量。
表格1
Figure BDA00003232980700141
实例7至14，比较例3和4
图6A和6B显示了在实例7至14及比较例3和4中制备的塑料光学元件的结构。与图1和2A及2B中相同的部分由相同的附图标记来表示，且因此对其省略说明。图中，附图标记48表示透镜45的光学有效部8中的最大厚度。塑料光学元件每个均是高度40为16mm且宽度41为18mm的椭圆形弯月透镜，且具有高度为12mm且宽度为14mm的光学有效椭圆部8，其侧面具有脱模角（未示出）。通过在图4C和4D中所示的模具中用第一塑料覆盖透镜46，每个基底部件与由第一塑料制成的透镜46合为一体。基底部件1的厚度11为12mm，且透镜45的厚度48为6mm。透镜具有第一表面46和第二表面47。实例7至12及比较例3和4中使用的第一塑料如表格2中所示。实例7至14及比较例3和4中使用的第二塑料是聚甲基丙烯酸甲酯。在比较例4中，聚碳酸酯被用作第二塑料。为了提高基底部件1和覆盖部件之间的附着力，实例7、8、9、12和13的基底部件采用电晕放电来照射。在图4C和4D中所示模具中形成了基底部件1之后，塑料光学元件3在图3C和3D中所述的模具中制备。表格2显示了用于各实例及比较例的第一塑料的材料、覆盖部件的厚度和铅笔硬度、以及吸湿变形。结果显示出，实例7至14的组合能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小吸湿变形的厚塑料光学元件。这些实例的塑料光学元件3厚且耐磨损，并且不会因为吸湿而过分变形。另一方面，比较例3的光学元件呈现了大的吸湿变形，比较例4的光学元件呈现了低的硬度。因此，这些光学元件不能满足所期望的性能。
表格2
第一塑料 厚度9，10 铅笔硬度 吸湿变形
实例7 聚碳酸酯 1mm 2H 0.9μm
实例8 环烯烃聚合物 1mm 2H 0.1μm
实例9 环烯烃-α-烯烃共聚物 1mm 2H 0.1μm
实例10 聚苯乙烯 1mm 2H 0.1μm
实例11 聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 1mm 2H 0.3μm
实例12 芴聚酯 1mm 2H 0.9μm
实例13 环烯烃聚合物 3mm 2H 0.2μm
实例14 聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 3mm 2H 0.5μm
比较例3 聚甲基丙烯酸甲酯 1mm 2H 3.1μm
比较例4 聚碳酸酯 1mm 2B 0.9μm
实例15至20，比较例5和6
实例15至20及比较例5和6中制备的塑料光学元件均是高度为16mm且宽度为18mm的椭圆形弯月透镜，且具有高度为12mm且宽度为14mm的光学有效椭圆部，其侧面具有脱模角。每个塑料光学元件包括由第一塑料制成的6mm厚的基底部件1，由第二塑料制成的1mm厚的第一覆盖部，以及由第三塑料制成的1mm厚的第二覆盖部。所使用的第一塑料在表格3中显示。实例15至20及比较例5中使用的第二和第三塑料均是聚甲基丙烯酸甲酯，包含1.0份重量的1，2-羟基-5-甲基-1-苯并三唑，其可吸收UV光。在比较例6中，聚碳酸酯被用作第二塑料和第三塑料。为了提高基底部件1和覆盖部件之间的附着力，实例15、16、17和18的基底部件采用电晕放电来照射。之后，塑料光学元件在图9B中所示的模具中制备。表格3显示了每个塑料光学元件的铅笔硬度和吸湿变形。结果显示出，实例15至20能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小吸湿变形的厚塑料光学元件。这些实例的塑料光学元件3厚且耐磨损，并且不会因为吸湿而过分变形。另一方面，比较例5的光学元件呈现了大的吸湿变形，比较例6的光学元件呈现了低的硬度。因此，这些光学元件不能满足所期望的性能。
表格3
第一塑料 吸水率 铅笔硬度 吸湿变形
实例15 聚碳酸酯 0.2% 2H 0.8μm
实例16 环烯烃聚合物 0.01% 2H 0.2μm
实例17 环烯烃-α-烯烃共聚物 0.01% 2H 0.2μm
实例18 聚苯乙烯 0.04% 2H 0.3μm
实例19 聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 0.1% 2H 0.5μm
实例20 芴聚酯 0.2% 2H 0.8μm
比较例5 聚甲基丙烯酸甲酯 0.3% 2H 1.6μm
比较例6 聚碳酸酯 0.2% 2B 0.7μm
实例21至24，比较例7至10
实例21至24及比较例7至10中制备的塑料光学元件每个均是高度为16mm且宽度为18mm的椭圆形弯月透镜，且具有高度为12mm且宽度为14mm的光学有效椭圆部，其侧面具有脱模角（未示出）。通过将第一塑料供给到放置在基底部件模具中的透镜的第一表面和第二表面上而制备与透镜合为一体的基底部件，如图9C中所示。每个塑料光学元件包括6mm厚度的基底部件（其包含有6mm厚度的透镜）、由第二塑料制成的第一覆盖部以及由第三塑料制成的第二覆盖部。第一覆盖部的厚度和第二覆盖部的厚度相同。所使用的第一塑料在表格4中显示。实例21至24及比较例7和9中使用的第二和第三塑料均是聚甲基丙烯酸甲酯。在比较例8和10中，环烯烃聚合物被用作第二塑料和第三塑料。为了提高基底部件和覆盖部件之间的附着力，实例21和23的基底部件采用电晕放电来照射。之后，塑料光学元件在图9B中所示的模具中制备。表格4显示了各样品的吸水率、第一和第二覆盖部的厚度、铅笔硬度和吸湿变形。结果显示出，实例21至24能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小吸湿变形的厚塑料光学元件。这些实例的塑料光学元件3厚且耐磨损，并且不会因为吸湿而过分变形。另一方面，比较例7和9的光学元件呈现了大的吸湿变形，比较例8和10的光学元件呈现了低的硬度。因此，这些光学元件不能满足所期望的性能。
表格4
实例25至30，比较例11和12
根据第三实施例的塑料光学元件被制备。每个光学元件均具有高度为16mm且宽度为18mm的椭圆形状，并具有9mm宽度的肋。该塑料光学元件是弯月透镜，具有高度为12mm且宽度为14mm的光学有效椭圆部，其侧面具有脱模角。该塑料光学元件包括12mm厚度的基底部件（其包含有6mm厚度的透镜）、1mm厚度的第一覆盖部以及1mm厚度的第二覆盖部。所使用的第一塑料在表格5中显示。实例25至30及比较例11中使用的第二塑料均是聚甲基丙烯酸甲酯。在比较例12中，聚碳酸酯被用作第二塑料。为了提高基底部件1和覆盖部件之间的附着力，实例25、26、27和30的基底部件采用电晕放电来照射。之后，塑料光学元件在图9D中所示的模具中制备。表格5显示了各样品的吸水率、铅笔硬度和吸湿变形。结果显示出，实例25至30能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小吸湿变形的厚塑料光学元件。这些实例的塑料光学元件厚且耐磨损，并且不会因为吸湿而过分变形。另一方面，比较例11的光学元件呈现了大的吸湿变形，比较例12的光学元件呈现了低的硬度。因此，这些光学元件不能满足所期望的性能。
表格5
第一塑料 吸水率 铅笔硬度 吸湿变形
实例25 聚碳酸酯 0.2% 2H 0.9μm
实例26 环烯烃聚合物 0.01% 2H 0.1μm
实例27 环烯烃-α-烯烃共聚物 0.01% 2H 0.1μm
实例28 聚苯乙烯 0.04% 2H 0.3μm
实例29 聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 0.1% 2H 0.5μm
实例30 芴聚酯 0.2% 2H 0.9μm
比较例11 聚甲基丙烯酸甲酯 0.3% 2H 2.7μm
比较例12 聚碳酸酯 0.2% 2B 0.9μm
实例31至40，比较例13至16
制备图10A至10C中所示的塑料光学元件。附图标记516表示第一覆盖部的外周，附图标记517表示肋在与第一覆盖部相接触的部分处的宽度，附图标记518表示第二覆盖部的外周，且附图标记519表示肋在与第二覆盖部相接触的部分处的宽度。并且，附图标记520表示1mm的肋高度。覆盖部件（第一覆盖部和第二覆盖部）的第二塑料是聚甲基丙烯酸甲酯，其包含1.0份重量的1，2-羟基-5-甲基-1-苯并三唑，其可吸收UV光。在实例31至38及比较例13和14中，基底部件1的第一塑料是与聚甲基丙烯酸甲酯相比具有更低玻变温度Tg的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。在实例39和40及比较例15和16中，苯乙烯被用作第一塑料，其比聚甲基丙烯酸甲酯具有更低的玻变温度。表格6显示了第一和第二覆盖部的厚度510和511以及基底部件的厚度512。表格6还显示了第一覆盖部的外周516的长度，肋在与第一覆盖部相接触的部分处的宽度517，第二覆盖部的外周518的长度，肋在与第二覆盖部相接触的部分处的宽度519，以及肋宽度与外周长度之比。用于检验外观异常和吸湿变形的检验结果也显示在表格6中。结果显示出，实例31至40能够获得具有高铅笔硬度并呈现出小吸湿变形的厚塑料光学元件，另外，具有良好的外观。另一方面，在比较例13和15中，在肋处观察到外观异常。在图10A至10C中，附图标记600和601表示弯曲部，从肋延伸的第二塑料在此处弯曲而到达塑料光学元件表面。通过将第二塑料的熔体经由将形成肋的部分供给到基底部件1上并且凝固第二塑料而形成该塑料光学元件。当第二塑料的熔体凝固时，最大的应力出现在600和601的部分处，在该处，从肋部供给的塑料弯曲以到达光学元件表面。因此，基底部件1在600和601的部分处变形。这可能造成外观异常。在比较例14和16中，外观异常在肋处未观察到，但吸湿变形大。表格7显示了用于检测实例31和39的样品的附着力强度的环境测试结果。在实例39的样品中，在环境测试B中观察到小的分离，但可接受。结果表明，实例31的材料组合能够实现具有更高附着力的塑料光学元件。在环境测试A中，样品在80℃的温度中保持240小时。在环境测试B中，样品在80℃的温度和95%的湿度中保持240小时。
表格6
表格7
在环境测试A之后的分离 在环境测试B之后的分离
实例31 无 无
实例39 无 出现
因此，本发明的实施例提供了一种厚的、耐磨损的塑料光学元件，其不会因吸湿而过分变形；以及一种用于制造这种塑料光学元件的方法。
尽管已参考示范性实施例描述了本发明，但应理解本发明并不限于已公开的示范性实施例。随后权利要求的范围应给予最宽泛的解释，从而涵盖了所有修改及等同结构和功能。

Claims (18)

1.一种塑料光学元件，包括：
由第一塑料制成的基底部件；
覆盖部件，其布置在第一基底部件的表面上，该覆盖部件包括由第二塑料制成的部分；
其中，第一塑料较第二塑料具有更低的吸水率，且第二塑料较第一塑料具有更高的硬度。
2.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，第二塑料是聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，基底部件具有第一表面和第二表面，且覆盖部件包括布置在第一表面上的第一覆盖部和布置在第二表面上的第二覆盖部。
4.根据权利要求3的塑料光学元件，其中，第一覆盖部和第二覆盖部中的一个由第三塑料制成，且第一塑料的吸水率比第三塑料的吸水率更低。
5.根据权利要求3的塑料光学元件，还包括连接第一覆盖部和第二覆盖部的肋。
6.根据权利要求5的塑料光学元件，其中，该肋具有在与第一覆盖部相接触部分处的宽度和在与第二覆盖部相接触部分处的宽度，与第一覆盖部相接触部分处的宽度相对于第一覆盖部的外周长度之比在1/12至4/12的范围中，与第二覆盖部相接触的部分处的宽度相对于第二覆盖部的外周长度之比在1/12至4/12的范围中。
7.根据权利要求5的塑料光学元件，其中，基底部件具有凸缘部。
8.根据权利要求7的塑料光学元件，其中，凸缘部的至少一部分在肋处露出。
9.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，第一塑料是苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
10.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，第一塑料的吸水率在0.01%至0.2%的范围中。
11.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，第一塑料和第二塑料之间的吸水率差异为0.3%以下。
12.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，第二塑料具有2H以上的铅笔硬度。
13.根据权利要求1的塑料光学元件，其中，覆盖部件具有0.5至3mm范围的厚度。
14.一种用于制造塑料光学元件的方法，包括：
通过将第二塑料的熔体供给到放置在模具中的基底部件的表面上而形成覆盖部件，该基底部件由第一塑料制成，第一塑料具有较第二塑料更低的吸水率，第二塑料具有较第一塑料更高的铅笔硬度。
15.根据权利要求14的方法，其中，基底部件具有第一表面和第二表面，并且覆盖部件的形成包括：通过将第二塑料供给到第一表面上形成第一覆盖部，以及通过将第三塑料供给到第二表面上形成第二覆盖部。
16.根据权利要求15的方法，其中，第二塑料与第三塑料相同。
17.根据权利要求14的方法，其中，基底部件具有第一表面和第二表面，并且把第二塑料从浇口供给到第一表面和第二表面上，以分别形成第一覆盖部和第二覆盖部，从而该第一覆盖部和第二覆盖部通过肋连接起来。
18.根据权利要求17的方法，其中，基底部件具有凸缘部，并且，在第二塑料供给之后，把形成在浇口中的第二塑料的部分与肋的一部分一起切除，从而使凸缘部的一部分露出。
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