塑料光学材料发展分享

本文译自the design of plastic optical system
1936年，  the  Rohm  and  Haas  Company 推出PMMA，并命名为 Plexiglas，即现在的 acrylic，同年， DuPont也推出了 acrylic material，命名为 Lucite。
在英国，the  Imperial  Chemical  Industries  PLC 推出了该公司的acrylic，命名为 Perspex。不久，美国的 Dow  Chemical 推出了 polystyrene，并命名为 STYRON。
1934,Peter  Maurice  Koch  de Gooreynd and Arthur Kingston在伦敦成立了the  KGK  Syndicate  Ltd.该公司推出的塑料光学镜片被认为是最早一批的塑料镜片， 1938年，两人分道扬镳。
从第二次世界大战开始，塑料光学镜片快速发展，并大量用于军用飞机，反坦克瞄准镜，以及航空相机。
1950年后， GE  Plastics推出了LEXAN， Bayer 推出了Makrolon，这是最早的PC材料，很遗憾，这些早期的PC并不适合大多数光学应用，因为这些材料外观呈现金色。同一时期，Kodak开始推出使用acrylic材料的取景器和物镜的相机。
1960年后，塑料镜头相机在市面上大量推出，十年间，Kodak INSTAMATIC cameras 卖出了超过5000万台。在这些相机中，Acrylic和PS经常被一起使用用来消除色差，PC则常被用于非成像应用中，例如汽车尾灯和交通信号灯。
1965年， ICI 推出了  polymethylpentene，通常被叫做TPX.今天，一些特殊的塑料光学领域还在使用它。
1970年，PC材料经过不断优化，它的金色调已经不甚明显，但仍不适用于成像光学镜片，这个阶段，PC被用于汽车前照灯。
1980年，光学级PC问世，这种材料在当时广泛用于眼镜，护目镜，甚至是F14战斗机的透明舱盖。
1982年，光学级PC被用于CD的读写镜头。直到此时，PC才被人们考虑用作PS的替代品。
1990年，两种新的光学材料问世，一种是COC，作为产品销售时更多叫做 Zeonex，另一种时COP，或者叫做 Apel，再或者 Topas。这两种材料可能是最早的专门针对光学应用的材料。这些材料和acrylic有相似的光学性能，但同时具有更高的热容量和更低的吸水特性。
除了这些新的材料，光学级polyetherimide（销售名称 ULTEM），光学级 polyethersulfone （销售名称  RADEL）也逐渐问世，这两种材料具有更高的热容量，和较高的折射率，但由于材料呈褐色，因此，在成像系统中受限。
近几年问世了一种光学材料optical polyester，如日本的Osaka Gas Chemicals Co., Ltd推出的OKP4，折射率达到1.6，较低的阿贝数，双折射特性和acrylic类似。

塑料光学系统的主要优点在于大批量条件下的生产效率和成本，同时重量轻，但缺点是其存储温度受限，有热差问题。

塑料光学系统的优势场合：1、大批量加工场景2、复杂光学零件加工，如复眼透镜，阵列透镜。3、要求重量轻的场合4、塑料零件比玻璃有更好的抗冲击性，但塑料的耐磨性很差，通常在零件表面镀耐磨涂层，或者合理设计外壳，使镜片凹陷在镜筒中。还有就是第一片零件用玻璃材料，或者增加平板保护玻璃5、塑料光学系统可以将法兰和垫圈模压成一个部件，即保证了精度又简化了装调。当然还可以模压出结构特征，如卡扣等。

针对塑料光学系统的热差缺点，通常采用被动或主动消热差技术，被动消热差技术思路可以是采用玻璃和塑料结合的系统，主要光焦度分配至玻璃透镜，塑料零件主要用于校正像差，这样热焦移最小化，或者正负透镜选用不同的塑料材料，通过热差相互抵消完成设计。主动消热差，则是通过手动调焦模块寻找最佳像点。

双折射问题也是有些塑料光学系统需要考虑的问题，特别是应用于高偏振度的系统时。双折射问题是指入射光束进入材料时分离为两束，虽然双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会带来双折射问题，特别是浇筑口附近更容易产生。而使用金刚石车削的塑料零件则没有双折射问题。

一般的塑料材料，在450nm-900nm具有高透过率，在中远红外透过率很差。

甲苯或者丙酮等溶剂，会降解光学塑料。

sgsmta	2022-06-09 10:31
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