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第1章 概述1

第2章 塑料光学元件的光机性质5

2.1概述5

2.2塑料光学元件的结构6

2.2.1单功能元件6

2.2.2具有集成安装特性的元件7

2.2.3功能高度集成8

2.3塑料光学元件的安装12

2.4外形尺寸的稳定性14

2.4.1结构稳定性14

2.4.1.1谐振频率14

2.4.1.2固定厚度下翘曲15

2.4.1.3固定质量下的翘曲16

2.4.1.4固定翘曲下的质量16

2.4.2热稳定性16

2.4.2.1线胀系数16

2.4.2.2热导率16

2.4.2.3比热容18

2.4.2.4热扩散率18

2.4.2.5畸变系数18

2.4.3受潮膨胀20

2.5公差20

2.5.1公差预算和分配20

2.5.2塑料光学元件的代表性公差和技术要求22

2.6塑料光学元件的光机仿真23

2.6.1光机集成分析24

2.6.2热弹性分析25

2.6.3应力双折射分析25

2.6.4热-光学分析25

2.6.5吸湿性分析26

2.6.6模流分析26

参考文献26

第3章 注塑模压光学元件的工装28

3.1概述28

3.2原理28

3.2.1注塑模具的主要部分29

3.2.2模压光学零件的浇注口和热流道系统31

3.2.3热和冷流道模具32

3.2.3.1冷流道模具32

3.2.3.2热流道模具32

3.2.4弹坯装置设计33

3.2.5加热和致冷33

3.2.6模具高度、开模行程和通风34

3.2.7腔体数目34

3.2.8收缩的影响35

3.2.9注塑模具的材料35

3.2.10塑料光学元件注塑模的设计步骤36

3.2.10.1金刚石切削技术制造原型模具36

3.2.10.2原型模具36

3.2.10.3生产模具36

3.2.10.4生产模具的优化37

3.3模压成型种类37

3.3.1双元件注塑模压成型37

3.3.2压缩成型37

3.3.3注塑压缩成型38

3.3.4变温注塑模压38

3.3.5微型注塑模压成型39

3.3.6液体硅橡胶注塑模压成型40

3.4光学模芯40

3.4.1钢抛光技术41

3.4.1.1镜面抛光41

3.4.1.2计算机控制抛光41

3.4.2电镀复制41

3.4.3金刚石切削技术42

3.4.4模芯质量和模压零件43

3.5制造模具的超高精度机床45

3.5.1超精密机床的特性46

3.5.2对环境的一些要求46

3.5.3基本工艺特征46

3.5.4精密工装47

3.5.5典型的机床结构48

3.5.5.1单轴机床48

3.5.5.2双轴单点金刚石切削机床48

3.5.5.3三轴单点金刚石切削机床48

3.5.5.4离轴单点金刚石切削机床50

3.5.5.5多轴自由曲面加工法51

3.5.6与材料相关的限制53

参考文献55

第4章 注塑模压光学元件的计量56

4.1概述56

4.2长度计量58

4.3表面计量60

4.3.1一般概念60

4.3.2自由曲面光学表面纳米精度非接触测量62

4.3.3偏折技术62

4.3.4接触式轮廓测量64

4.4波前计量68

4.4.1一般概念68

4.4.2干涉术68

4.4.3干涉仪和非球面73

4.4.4干涉术和强非球面74

4.4.5双程-单程干涉仪77

4.4.6自动干涉测量术——耶拿光学公司的例子77

4.4.7显微干涉仪78

4.4.8 夏克-哈特曼传感器79

4.4.9波前传感器——剪切干涉仪83

4.5双折射85

4.6 透镜共轴性计量88

4.6.1光学共轴性测量89

4.6.2图像处理91

4.6.3机械共轴性测量91

4.6.4非球面共轴性测量92

4.6.5多元件系统的共轴性测量92

4.7自研制装置93

4.7.1专用激光探测光学设备94

4.7.2双反射镜系统95

4.7.3互补金属氧化物半导体相机模块大批量生产中的调制传递函数测量97

4.8结论98

参考文献100

第5章 光学塑料103

5.1概述103

5.2光学塑料材料的质量要求103

5.2.1透明度103

5.2.1.1分子结构103

5.2.1.2分子形态105

5.2.1.3杂质105

5.2.2折射率105

5.2.3双折射108

5.2.4稳定性109

5.2.4.1耐热性109

5.2.4.2吸湿性110

5.2.4.3残余应力112

5.3塑料112

5.3.1丙烯酸酯聚合物112

5.3.2聚碳酸酯115

5.3.2.1光学聚碳酸酯115

5.3.2.2低双折射聚碳酸酯：ST-3000116

5.3.3环烯烃聚合物116

5.3.3.1 ZEONEX？/ZEONOR？117

5.3.3.2环烯烃共聚物：APELTM/TOPAS？120

5.3.3.3降冰片烯功能聚合物：ARTON？122

5.3.4其他树脂材料125

5.3.4.1光学聚酯塑料125

5.3.4.2聚砜125

5.4总结127

参考文献132

第6章 塑料材料镀膜133

6.1概述133

6.2镀膜技术134

6.2.1物理气相沉积镀膜技术134

6.2.2等离子体增强化学气相沉积镀膜技术137

6.2.3湿化学镀膜法或溶胶凝胶法138

6.3等离子体对聚合物的影响139

6.3.1紫外辐射的影响139

6.3.2离子轰击效应140

6.3.3膜层附着力140

6.4应力和裂痕的形成141

6.5增透膜性质144

6.5.1光学干涉膜145

6.5.2塑料光学的增透膜设计146

6.5.3增透膜表面结构148

6.6其他功能性镀膜150

6.6.1反射膜150

6.6.2导电膜和抗静电膜151

6.6.3外层疏水膜152

6.7不同热塑膜实例152

6.7.1聚甲基丙烯酸甲酯152

6.7.2聚碳酸酯153

6.8质量检定试验程序154

6.8.1光学性质154

6.8.2附着性154

6.8.3环境耐久性155

6.8.4耐磨和耐擦拭性156

6.9总结和展望157

参考文献158

第7章 注塑模压光学元件制造163

7.1概述163

7.2注塑模压成型163

7.3光学元件分类165

7.4光学零件注塑模压成型工艺链166

7.4.1基本原则：清洁度和可重复性166

7.4.2材料和进料167

7.4.3模具167

7.4.4注塑模压成型机168

7.4.4.1机床设计168

7.4.4.2机械加工技术169

7.4.4.3机床的相关装置169

7.4.5自动化和后续处理工序170

7.5注塑模压成型和注塑压缩成型171

7.5.1基本差别171

7.5.2模具差别172

7.5.2.1主轴压模172

7.5.2.2辅助轴压模173

7.5.2.3结论173

7.5.3利用夹紧装置注塑压模173

7.5.4注塑压模工艺的变化175

7.5.5压模实例176

7.5.5.1验眼透镜的制造176

7.5.5.2光学数据载体177

7.5.5.3主动开模排气178

7.6结论179

参考文献179

第8章 注塑模压光学元件的成本建模180

8.1概述180

8.2成本建模的不同用途和用户181

8.3计算塑料光学元件的制造成本182

8.4模具成本和产量184

8.5计算模压成型成本187

8.5.1循环时间和致冷时间188

8.5.2合格率和机器运行时间189

8.5.3机器和人工成本190

8.5.4间接成本191

8.5.5材料成本191

8.6计算镀膜成本191

8.7其他工艺192

8.8案例研究1：比较不同的设计概念193

8.9案例研究2：评估生产工艺的改进197

8.10案例研究3：优化模块级光学设计199

8.11讨论和结论202

参考文献204

第9章 注塑模压成型光学元件的应用205

9.1概述205

9.1.1照明工业205

9.1.2移动通信207

9.1.3安全领域207

9.1.4卫生保健207

9.1.5传感器和其他应用208

9.1.6光伏系统208

9.2建筑物的LED塑形照明208

9.3图标照明用自由曲面透镜210

9.4路灯照明用光学系统211

9.5耐高温和紫外光的注塑模压成型透明硅光学元件212

9.6移动通信用微型相机214

9.7一种附加显微装置的超近摄影物镜215

9.8手机相机的闪光系统216

9.9 360°摄影系统的超级非球面物镜218

9.10光学装配的快速安装模式220

9.11太阳菲涅尔透镜222

9.12折-衍目镜224

9.13五角棱镜组件226

9.14照明投影系统的高效微光学元件227

9.15眼镜228

参考文献230