專利名稱：投影透鏡的制作方法
<技術(shù)領(lǐng)域>
本發(fā)明涉及一種投影透鏡。更具體地講，本發(fā)明涉及這樣一種投影透鏡擁有一個鏡(反射鏡)類型的樹脂弧形表面，用于高精度、高分辨率投影設(shè)備，特別是背投電視接收機等。這種投影透鏡還適用于高架投影儀、櫥窗陳設(shè)設(shè)備、以及正面數(shù)據(jù)投影儀等投影設(shè)備。
<背景技術(shù)>
迄今為止，一直采用玻璃和金屬材料作為要求具有高精度的大型光學(xué)部件(例如以上所提到的投影透鏡)的最常用材料，例如鋁和鋼。這是因為可從這樣的材料獲得擁有良好光學(xué)精度的光學(xué)部件，特別是可獲得減小了失真的圖像，甚至是當(dāng)溫度變化時。而且，還因為這樣的材料特別適用于精密切割/拋光。
然而，以如以上所描述的，把玻璃或金屬材料(例如鋁和鋼)用作光學(xué)部件，會產(chǎn)生以下的問題。
首先，在使用玻璃材料的情況下，需要昂貴的生產(chǎn)設(shè)備。即由于對玻璃進行熱模壓，所以需要使用一種擁有這樣功能的裝置可均勻地把玻璃加熱到大約700℃或700℃以上，以充分地熔化玻璃；并且還需要使用這樣一種模具擁有高的形狀精度，甚至是在高溫壓縮之下，而且具有持久性。另外，當(dāng)考慮到加熱/冷卻時間時，還需要一個很長的周期時間，這導(dǎo)致了很低生產(chǎn)率和過高的生產(chǎn)成本。由于這些原因，用于投影設(shè)備的玻璃部件僅適用于那些其中高成本是可接受的極特殊的應(yīng)用，并且不會擴展到一般的辦公室應(yīng)用或家庭應(yīng)用。
其次，在使用金屬材料(例如鋁和鋼)的情況下，基本上必須通過對每一部件的精確切割和拋光制造光學(xué)部件。因此，在這一情況下，部件本身也是相當(dāng)昂貴的，而且不適合大量生產(chǎn)。
因此，人們希望使用相當(dāng)容易模鑄的樹脂材料取代玻璃或鋁和鋼等金屬材料。然而，普通的由熱塑樹脂形成的注模產(chǎn)品或壓模產(chǎn)品，會經(jīng)受相當(dāng)大的模鑄收縮，并且使與形狀(弧形表面)相關(guān)的翹曲、縮痕、或瑕經(jīng)模具傳遞。出于這一原因，很難獲得一個被模鑄產(chǎn)品，例如一個擁有大尺寸(面積大且較厚的)以及高形狀精度以便獲得高分辨率圖像質(zhì)量的投影透鏡。
另一方面，在把使用熱或光的硫化的樹脂(例如環(huán)氧或二丙烯酸酯樹脂)用作一種饋給材料的情況下，會出現(xiàn)硫化收縮，從而造成這樣的一個問題由于收縮，被模鑄產(chǎn)品經(jīng)受了變形、扭曲等，如在熱塑樹脂的情況下。另外，使用這樣的可硫化的樹脂擁有這樣一個問題在最初的硫化之后，由于為了硫化或退火(硫化促進、交聯(lián)密度改進、以及殘留應(yīng)力的減輕)，一個從幾個小時到幾十個小時的很長的時間周期是必須的，所以這不適合于大量生產(chǎn)。
<發(fā)明內(nèi)容>
本發(fā)明人就以上所述問題進行了大量的研究。因此，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一種樹脂用作饋給材料時，通過關(guān)注特定的性能和選擇一種樹脂材料，以至于這一性能的值落入一個特定的范圍內(nèi)，以及通過控制模鑄條件，可以獲得一種擁有減小了扭曲的高精度反射表面的樹脂基。他們還發(fā)現(xiàn)，可通過使用這種樹脂基獲得一個高性能的投影透鏡。因此，完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的一個實質(zhì)方面涉及一個投影透鏡，該投影透鏡包括一個擁有一個給定弧形表面的樹脂基，以及一個形成在樹脂基的表面上的反射層，其特征在于，在占至少60％光功能表面面積的一個區(qū)域中，當(dāng)使用來自垂直于樹脂基的弧形光功能表面的入射光加以測量時，每單位厚度的面內(nèi)雙折射相位差的平均值為30nm/mm或30nm/mm以下。
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圖1是用于通過本發(fā)明的工藝模鑄一個投影透鏡的模具的一個例子的縱剖面圖。
圖2是用于通過本發(fā)明的工藝模鑄一個投影透鏡的模具的一個例子的縱剖面圖。
圖3說明了在例子1中所進行的坐標的確定。
圖4描述了超高壓水銀燈的一個發(fā)射光譜。
圖5描述了一個具有例子3中所獲得的投影透鏡的屏幕上的相對光譜分布。
在這些圖中，數(shù)字1表示一個鏡面陰模、2表示一個加熱器、3表示一個框架、4表示一個背面陰模、5表示一個加熱器、6表示一個冷卻器、7表示一個冷卻器、8表示一個負載、9表示一個真空加熱室、10表示一個樹脂基、Z表示一個非球面表面的旋轉(zhuǎn)對稱軸上的坐標(該非球面表面的中心位于原點處)、以及h表示沿垂直于非球面表面(該非球面表面的中心位于原點處)的旋轉(zhuǎn)對稱軸方向延伸的一個距離坐標。
<具體實施方式
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以下將詳細解釋本發(fā)明(投影透鏡的形狀與性能)本發(fā)明的投影透鏡包括一個樹脂基，該樹脂基擁有一個給定的弧形表面和一個形成在樹脂基的表面上的反射層。這一投影透鏡的良好的性能特別在于已經(jīng)精確模鑄的樹脂基的性能。最主要的特性在于在一個包括光功能表面的中心部分并占該功能表面至少60％(較佳的是70％，更佳的是80％)的一個區(qū)域中，當(dāng)使用來自垂直于樹脂基的弧形光功能表面的入射光進行測量時，每單位厚度的面內(nèi)雙折射相位差的平均值為30nm/mm或30nm/mm以下，較佳的是為20nm/mm或20nm/mm以下，最佳的是為10nm/mm或5nm/mm以下。此處，術(shù)語“光功能表面”意味著這樣的一個部分(表面)其中，扭曲的出現(xiàn)是光學(xué)上不希望的，并且該部分擁有一個光學(xué)部分的特定的功能。因此，盡管存在著把不要求執(zhí)行一個光功能的部分圍繞根據(jù)生產(chǎn)所必需的光功能表面的周邊形成的情況，但不把這樣的一個邊緣部分包括在光功能表面中。而且，術(shù)語“光功能表面的中心部分”意味著該表面的一個平面視圖中的中心部分。通過形成樹脂基，以至于在一個包含占光功能表面至少60％的面積的中心部分中的面內(nèi)雙折射相位差落入那一范圍之內(nèi)，獲得所希望的投影透鏡。
在投影透鏡的情況下，當(dāng)使用一個投影高放大倍數(shù)時，透鏡中的扭曲直接相應(yīng)地導(dǎo)致被放大了的圖像的扭曲。因此，必須提供一個大大減小了因在熔化模鑄期間的收縮等所產(chǎn)生的扭曲合成物。另外，由于不僅在被投影的圖像中放大了反射表面的粗糙度，而且也導(dǎo)致了不規(guī)則的反射，所以必須避免由不規(guī)則的反射所造成的圖像亮度的減弱和不均勻。因此，最好基是這樣的一個基其中，將要形成光功能表面的表面是一個極其光滑的鏡表面。因此，本發(fā)明的投影透鏡基于這樣的一個樹脂基在該樹脂基中，一個包括光功能表面的中心部分并占該功能表面至少60％(較佳的是70％，更佳的是80％)的一個區(qū)域，擁有一個最好為200?；?00以下的表面粗糙度(Ra)，盡管表面粗糙度取決于用于模鑄的陰模的鏡光滑狀態(tài)和所模鑄的基。
以上所描述的投影透鏡在尺寸上不特別受到限制。然而，旨在主要將其應(yīng)用于相對大的產(chǎn)品。當(dāng)然，應(yīng)該防止光扭曲，因而與在小型光學(xué)產(chǎn)品中相比，在大型(大面積而厚的)光學(xué)產(chǎn)品中，模鑄更為困難。假設(shè)投影透鏡安裝位置的精度處于實際設(shè)備的一個實際范圍內(nèi)，本發(fā)明中要加以獲得的投影透鏡的具體維度，通常是這樣的平面面積為150cm2或150cm2以上，最小平面寬度為10cm或10cm以上，厚度為3mm或3mm以上。
在大投影類型圖像設(shè)備(例如，那些擁有超過30英寸屏幕尺寸的設(shè)備)的情況下，嚴格要求投影透鏡擁有形狀精度。為了獲得一個不會給人們不自然感覺的投影圖像，人們希望沿垂直于平面的方向透鏡的每一個像素區(qū)域擁有較小的形狀波動。為了解決這一問題，在本發(fā)明的投影透鏡中，樹脂基是這樣一個樹脂基作為一個整體，光功能表面擁有減小的形狀波動，形狀波動通常在±50微米的范圍內(nèi)，特別是在±30微米的范圍內(nèi)，取決于樹脂基的平均厚度。在由于翹曲、縮痕等光功能表面作為一個整體擁有超過這樣一個范圍的形狀波動的情況下，圖像會下垂或變形，從而給人們一種不自然的感覺。在形狀波動超過這樣一個限度的情況下，屏幕上像素擁有一個從它們的原始形狀變形的形狀。在極端的情況下，把一個像素劃分成多個在屏幕上形成圖像的單元。在使用其以大約20倍的放大倍數(shù)把一個圖像投影在30英寸或30英寸以上的一個大屏幕上的這樣一種大型透鏡的情況下，透鏡上每一像素的尺寸擁有大約幾個毫米到1cm的寬度。
(基樹脂)構(gòu)成本發(fā)明的投影透鏡的基的樹脂，通常為一種熱塑樹脂。特別是，最好其為一種非晶體的熱塑樹脂，因為這樣不易受模鑄收縮的影響。構(gòu)成本發(fā)明的投影透鏡的樹脂基的結(jié)晶度通常為20％或20％以下，較佳的是為15％或15％以下，尤其較佳的是為10％或10％以下。人們之所以不希望高結(jié)晶度，原因在于不僅會出現(xiàn)一個相當(dāng)大的密度變化，而且模鑄表面上的結(jié)晶部分和非晶體相部分之間的密度差可能產(chǎn)生擁有光學(xué)上不可忽視大小的細小的不規(guī)則等(例如，在1平方毫米的面積內(nèi)擁有一個不小于1/4波長的水平差)，從而導(dǎo)致降低的形狀精度。
最好構(gòu)成本發(fā)明的投影透鏡的基的樹脂為一種擁有一個高玻璃臨界溫度(Tg)的樹脂。這是因為作為家庭或辦公室設(shè)備的一部分，透鏡必須確保圖像質(zhì)量通常達到60℃。在非晶體的熱塑樹脂材料的情況下，為了使一個光學(xué)部分在60℃時不變形，而且穩(wěn)定，最好樹脂的Tg為80℃或80℃以上，更佳的是令樹脂的Tg為100℃或100℃以上。
另外，一個具有低吸濕性的饋給樹脂是人們所希望的。在60℃和90RH％時的樹脂的飽和水吸收性通常為1重量百分比或1重量百分比以下，最好其為0.5重量百分比或0.5重量百分比以下。必須為低吸濕性的原因如下在各光學(xué)部分中，具有一個形成在基表面上的、由金屬(例如鋁)制造的反射層的本發(fā)明的投影透鏡，是相當(dāng)大和相當(dāng)厚的。另外，幾乎無水吸收出現(xiàn)在反射層側(cè)，即金屬層側(cè)。出于這些及其它方面的原因，當(dāng)水吸收出現(xiàn)在一側(cè)(與反射層相反的一側(cè))上時，會出現(xiàn)膨脹變形，從而形狀也會改變，降低了光學(xué)精度。光學(xué)精度的這一降低，可能導(dǎo)致使圖像模糊或變形。
不對饋給樹脂的種類特別加以限制，只要它是一種具有那些性質(zhì)的樹脂即可。然而，其例子通常包括丙烯酸樹脂，例如聚(甲基丙烯酸酯)、聚碳酸酯樹脂、聚酯碳酸酯樹脂、聚芳酯樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、苯乙烯樹脂(例如聚苯乙烯以及丙烯酸系/苯乙烯共聚物)、環(huán)狀聚烯烴樹脂等。通常，較佳的是使用一種聚酯碳酸酯樹脂，因為這種樹脂結(jié)合了可塑性、強度、盈利性(材料成本)等特征。
一種用于本發(fā)明中的基樹脂的較佳的聚碳酸酯具有一個通常為18000～25000的粘度平均分子量，較佳的是具有20000～23000的粘度平均分子量。在聚碳酸酯擁有一個低于18000的分子量的情況下，當(dāng)熱沖擊施加于模鑄板上時(在使用期間，當(dāng)模鑄板反復(fù)地或突然地經(jīng)受加熱和冷卻時)，存在著模鑄板可能破裂的可能性。而且，當(dāng)在模鑄期間已經(jīng)把模鑄板從模具取出之后冷卻模鑄板時，由于內(nèi)部各部分和表面之間的溫度差及破裂，模鑄板可能蒙受體積扭曲和破裂。另一方面，在聚碳酸酯擁有一個超過25000分子量的情況下，其粘度非常高，以至于在這樣一個低模鑄溫度上分子鏈的取向的減弱而是不充分的(對于精確地壓鑄鏡面或禁止被模鑄產(chǎn)品翹曲/變形來說，減弱分子鏈的取向是必須的)，以至于不會導(dǎo)致老化。因此，一個很長的模鑄時間是必須的。因此，工業(yè)地使用這樣一種聚碳酸酯是不利的。
用于本發(fā)明的聚碳酸酯擁有一個通常為700ppm或700ppm以下的極限OH(羥基)量，最好這一極限OH為500ppm或500ppm以下，特別更佳的是令這一極限OH為250ppm或250ppm以下。當(dāng)極限OH量超過700ppm時，可能存在這樣一個問題在熱壓之后，聚酯碳酸酯樹脂顯示對模具鏡面的強粘著力，而且難以把被模鑄產(chǎn)品與模具脫離。
(基樹脂的添加劑)當(dāng)通過某種技術(shù)(例如壓?；蜃⒛?模鑄一個用于投影透鏡的樹脂基時，維持一個固定的體積，并把樹脂膨脹的壓力用于模鑄。盡管為了增加樹脂的膨脹度必須提高樹脂溫度，但當(dāng)考慮到樹脂的熱穩(wěn)定性時，存在著對溫度提高的限制。甚至是當(dāng)實際增加膨脹度從而提高了樹脂與超鏡面的接觸度時，由于所提高的接觸度，把被模鑄產(chǎn)品與超鏡面模子的分離也必需一個增加的脫離力，因而在模具脫離期間這可能導(dǎo)致被模鑄產(chǎn)品破裂或變形。特別是，當(dāng)為了與模具相分離把表面面積(在這一情況下，為與超鏡面相接觸的有效光功能表面)增大時，脫離力變得較大，從而產(chǎn)生一個有關(guān)形狀精度的問題。因此，可以把一種脫離劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑等可添加于饋給樹脂，以克服這樣的一個問題。
脫離劑的例子包括脂肪酸酯(全酯化化合物和部分酯化化合物)，例如甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、以及高級醇脂肪酸酯、硅酮等。然而，最好其為甘油脂肪酸酯。將要加以使用的脫離劑的量通常為饋給樹脂的30～3000ppm，最好其為100～2500ppm。在模鑄期間，脫離劑遷移到與模具相接觸的接觸面，并促進被模鑄產(chǎn)品與模具的脫離。當(dāng)所添加的脫離劑的量很小時，存在著這樣一些情況在把被模鑄產(chǎn)品與模具脫離的過程中出現(xiàn)脫離故障，從而產(chǎn)生破碎、變形、以及表面損傷等問題。在所添加的脫離劑的量很大時，可能會引發(fā)下面的問題。當(dāng)通過濺射等在基的表面上形成一個反射層時，反射層可能擁有差的粘著力或差的持久性。特別是，緊在模鑄之后，脫離劑遷移到被模鑄產(chǎn)品和反射薄膜之間的接觸面，或隨著時間的流逝，產(chǎn)生反射薄膜剝落等問題。
熱穩(wěn)定劑的例子包括苯酚化合物，例如2，6-二-叔丁基-對-甲苯酚、
2，6-二-叔丁基-4-羥甲基-甲基-酚、2，6-二-叔丁基-4-乙基酚、2，4，6-三-叔丁基酚、丁化羥基茴香醚、環(huán)已基酚、苯乙稀酚、2，5-二-叔丁基氫醌、正-十八3-(3’，5’-二-叔丁基-4’-羥苯基)丙酸酯、2，2’-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基酚)、4，4’-亞異丙基雙酚、4，4’-亞甲基雙(2，6-二-叔丁基酚)、1，1’-雙(4’-羥苯基)環(huán)已烷、2，2’-硫代雙(4-甲基-6-叔丁基酚)、以及1，1，3-三(2’-甲基-4’-羥基-5’-叔丁酚)丁烷；胺化合物，例如羥醛-α-萘胺、苯基-α-萘胺、苯基-β-萘胺、N，N’-二苯基-對-亞苯基二胺、以及1，2-二氫-2，2，4-三甲基喹啉；硫化合物，例如二月桂基硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基硫代二丙酸酯、以及二(十八烷酰)硫代二丙酸酯；磷化合物，例如三苯基亞磷酸酯、二苯基異癸基亞磷酸酯、苯基二異癸基亞磷酸酯、三(壬基苯基)亞磷酸酯、三(單-和二壬基苯基)亞磷酸酯s、4，4’-丁亞基雙(3-甲基-6-叔丁苯基)二(十三亞磷酸酯)、二十八烷酰五赤蘚醇亞磷酸酯、
三月桂基三硫代亞磷酸酯、三十八烷基亞磷酸酯、鄰-環(huán)已基苯基亞磷酸酯、二異癸基季戊四醇二亞磷酸酯、二壬基苯基季戊四醇二亞磷酸酯、四苯基一縮二丙二醇二亞磷酸酯、三(2，4-二-叔丁基苯基)亞磷酸酯、4，4’-亞異丙基二苯基四烷基亞磷酸酯、4，4’-亞異丙基雙(3-甲基-6-叔丁酚)二(十三烷基)亞磷酸酯、1，1，3-三(2’-甲基-4’二(十三烷基)亞磷酸酯、1，1，3-三(2’-甲基-4’-二(十三烷基)亞磷酸酯-5’-叔丁酚)丁烷、以及聚(一縮二丙二醇)苯基亞磷酸酯；鄰雜菲化合物，例如9，10-二氫-9-氧雜-10-鄰雜菲10-氧化物、10-癸氧基-9、10-二氫-9-氧雜-10-鄰雜菲、以及10-(3’5’-二-叔丁基-4-羥基芐基)-9、10-二氫-9-氧雜-10-鄰雜菲10-氧化物；等。
準備加以使用的熱穩(wěn)定劑的量通常為饋給樹脂的100～1000ppm，最好其為饋給樹脂的300～800ppm。熱穩(wěn)定劑防止樹脂分解，因此有助于與模具的脫離。當(dāng)所添加的熱穩(wěn)定劑的量很小時，存在著這樣一些情況在模鑄期間，防止樹脂氧化的效果偏低，因此，氧化了的樹脂等加強了對模具的粘著力，從而增大了把被模鑄產(chǎn)品與模具相脫離的難度。即使當(dāng)添加了大量的熱穩(wěn)定劑，防止氧化的效果也不會有任何提高，而且也不可指望改進這一效果。另外，當(dāng)高密度地出現(xiàn)一種抗氧化劑時，它可作為針對樹脂水解的一種催化劑。出于這一原因，在一種聚酯碳酸酯樹脂的情況下，例如，聚酯碳酸酯樹脂水解，從而在其分子末端生成苯酚群OH。由于苯酚群OH頑強地粘著于模具的鏡面上，所以被模鑄產(chǎn)品顯示出與模具的差的可脫離性，如以上所陳述的。因此，存在著這樣的一些情況其中，被模鑄產(chǎn)品擁有一個表面損傷或模鑄周期要求一個很長的時間。
紫外線吸收劑的例子包括
苯并三唑化合物紫外線吸收劑、三嗪化合物紫外線吸收劑、苯甲酮化合物紫外線吸收劑、苯甲酸鹽光穩(wěn)定劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑等。
苯并三唑化合物紫外線吸收劑的例子包括2-(2H-苯并三唑-2-基)-p-甲苯酚、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4、6-雙(1-甲基-1-苯基乙基)酚、2-苯并三唑-2-基-4、6-二-叔丁基酚、以及2-[5-氯(2H)-苯并三唑-2-基]-4-甲基-6-(叔丁)酚。
三嗪化合物紫外線吸收劑的例子包括2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2-基)-5-(已氧基)酚。
苯甲酮化合物紫外線吸收劑的例子包括奧他苯酮。
苯甲酸鹽光穩(wěn)定劑的例子包括2，4-二-叔丁基-4-對羥基苯甲酸酯等。
將并入的這些紫外光穩(wěn)定劑的量一般大約為樹脂的10～2000ppm。
(模鑄投影透鏡基的方法)通過加熱和熔化以上所描述的基樹脂，并緊抵模具的鏡面部分高壓壓擠熔化物，獲得本發(fā)明的投影透鏡基。適合于這一方法的模鑄技術(shù)的例子包括門密封方法、再熔化方法等。在這些模鑄技術(shù)中，把一個樹脂預(yù)制坯填充(固定)到模具的型腔中，并將其加熱到一個不低于其玻璃臨界溫度的溫度，從而導(dǎo)致預(yù)制坯在型腔中膨脹，并利用膨脹力抵著模具的鏡面部分壓擠預(yù)制坯。因此，壓鑄了鏡表面。還存在著這樣一種技術(shù)其中，把整個模具放入一個真空室中，并對其加熱，以進一步改進鏡面的可壓鑄性，從而加速了型腔中的樹脂或預(yù)制坯的膨脹，并增大了抵著鏡面壓擠的壓力。這些技術(shù)是互相共通的，都通過抵著一個模具的鏡面部分壓擠樹脂，模鑄樹脂，其中樹脂處于熔化狀態(tài)的樹脂或被加熱到不低于其的熱變形溫度的溫度。
當(dāng)一個被模鑄產(chǎn)品有翹曲、縮痕等時，這一基樹脂會產(chǎn)生一些問題，例如，使最初呈直線的圖像彎曲，即使鏡面部分具有良好的光潔度。為了避免這一問題，調(diào)整冷卻步驟是十分重要的。在冷卻步驟中，把樹脂在高于其玻璃轉(zhuǎn)變點的溫度上保持一段時間，從而可減輕層材料中的應(yīng)力，然后，在把被模鑄產(chǎn)品從模具取出之前，將其冷卻到不高于玻璃轉(zhuǎn)變點的一個溫度，較佳的是將其冷卻到一個盡可能接近室內(nèi)溫度的溫度。通過這樣一種方法獲得的被模鑄產(chǎn)品，即樹脂基，在相應(yīng)于透鏡的弧形部分的區(qū)域(光功能表面)每單位厚度擁有極小的面內(nèi)雙折射相位差，如使用來自垂直于樹脂基的光功能表面方向的入射光所測量的。特別是，在包含光功能表面中心部分并占該功能表面至少60％的一個區(qū)域中， 該基擁有30nm/mm或30nm/mm以下的雙折射率。
以下將解釋用于獲得這樣一個基的具體的模鑄方法。
圖1和圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的工藝模鑄投影透鏡的模具的一個例子的縱剖面圖。在這些圖中，1表示一個鏡面陰模、2表示一個加熱器、3表示一個框架、4表示一個背面陰模、5表示一個加熱器、6和7表示冷卻器、8表示一個負載、9表示一個真空加熱室、以及10表示一個樹脂基。
現(xiàn)在，解釋本發(fā)明的投影透鏡生產(chǎn)工藝中的步驟的一個例子。把加熱器2和鏡面陰模1放置在冷卻器6上，把框架3放置在鏡面陰模1的周圍。把這些模鑄單元放入真空加熱室9，并把加熱器2設(shè)置為高于要加以使用的熱塑樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變點10～20℃的一個溫度上?？梢园殃幠?的表面預(yù)加熱到熱塑樹脂的Tg～Tg-30℃范圍內(nèi)的一個溫度附近。在完成預(yù)加熱之后，把一種用于形成基10的熱塑樹脂的顆粒或預(yù)浸料坯放置在陰模1上。密集地擺放這些顆粒，以至于顆粒層整體上擁有一個幾乎均勻的厚度。最好預(yù)浸料坯為這樣的一個預(yù)浸料坯擁有比要獲得的透鏡的厚度厚約3～20％的厚度。
人們所希望的是，投影透鏡擁有一個整體上幾乎均勻的厚度，以防止翹曲或變形。即，人們所希望，樹脂基在其相應(yīng)于投影透鏡反射表面部分中的厚度在±50％的范圍內(nèi)，取決于樹脂基的平均厚度。當(dāng)一個產(chǎn)品擁有明顯不同的厚度時，在冷卻期間，由于不均勻地產(chǎn)生一個收縮應(yīng)力，翹曲或變形會頻繁出現(xiàn)。盡管出于強化之目的可以在透鏡周圍形成肋，但在這一情況下，在計算平均厚度的過程中，排除了加肋部分的厚度。最好真空度在-60kPa～-102kPa的范圍內(nèi)，取決于大氣壓力。在真空度過高的情況下，存在著這樣的可能性氣泡可能保留在被模鑄產(chǎn)品中，以及作為一個整體，被模鑄產(chǎn)品的形狀/曲翹可能隨環(huán)境溫度而變化，從而導(dǎo)致光學(xué)精度的降低。而且，存在著這樣的一些情況樹脂未充分填充被模鑄產(chǎn)品的邊緣部分(例如那些用于附接于一個外部儀器以將其放置在被模鑄產(chǎn)品周圍的舌形安裝部分的邊緣部分)，從而導(dǎo)致了一個具有不完整邊緣部分的被模鑄產(chǎn)品。通常把樹脂材料加熱到高于其Tg 30～100℃的一個溫度，較佳的是加熱到高于其Tg 70～90℃的一個溫度，并保持這一溫度，直至溫度變得穩(wěn)定下來。在材料的內(nèi)部各部分達到充分熔化狀態(tài)之后，設(shè)置背面陰模4、加熱器5、以及冷卻器7。在這一狀態(tài)下，把一個10～50kg的負載8施加于模具組件。包括背面陰模4的重量的總重量通常為20～60kg。通過放置背面陰模4和放置負載8，形成一個背面形狀。在背面表面擁有不規(guī)則性或包含氣泡的情況下，各部分的厚度起伏不定，因此，不能達到形狀精度，如以上所述。一個適當(dāng)?shù)膲毫Ψ秶ǔ?～10000kPa，最好這一壓力范圍為2～2000kPa，更較佳是令該壓力范圍為4～10000kPa。在壓力低于這一范圍的情況下，背面形狀的形成是不充分的。在壓力超過這一范圍的情況下，分子鏈取向的松弛是不充分的，這可能導(dǎo)致被模鑄產(chǎn)品翹曲或變形。保持加熱的時間周期通常為1～100分鐘，最好為5～60分鐘，更好的是令其為10～40分鐘。在加熱開始之后，較佳的是調(diào)整加熱器2(在加熱器2和5中，加熱器2是較低的一個)，以便擁有一個高于加熱器5(加熱器5是較高的一個)的溫度大約20～120℃的溫度。就阻止氣泡殘留在樹脂基10的內(nèi)部各部分中而言，這一操作應(yīng)該是有效的，特別是在面對鏡面陰模1的鏡面?zhèn)壬?。最后，較佳的是調(diào)整加熱器2和5，以便擁有高于Tg大約50～120℃的幾乎相同的溫度，并保持這一溫度大約5～30分鐘。
接下來，把一種惰性氣體引入擁有一個降低了的壓力的真空加熱室9中，同時維持這一被加熱的狀態(tài)。從而，把內(nèi)部壓力提高到大氣壓力附近。所希望的是，將要用于這一壓力恢復(fù)的氣體也為一種惰性氣體，例如氮氣。惰性氣體中的氧濃度通常低于10體積百分比，最好其低于5體積百分比，更佳的是令其低于2體積百分比。之所以不希望高氧含量的原因在于，存在著這樣的情況樹脂被氧化破壞，導(dǎo)致產(chǎn)生故障和模鑄表面的損壞。
在壓力恢復(fù)之后，啟動一個冷卻操作，以減輕樹脂的取向和給予低雙折射率。致使一種冷卻劑，例如冷卻水，流過冷卻器6和7，并把加熱器2和5設(shè)置在一個降低了的溫度上，這一降低了的溫度大約在Tg～Tg+30℃的范圍內(nèi)。讓樹脂在這一溫度上保持大約10～40分鐘。然后，把溫度降低10～50℃，并讓樹脂在這一溫度上保持大約10～40分鐘。此后，把加熱器壓板的溫度降低到Tg之下，讓這一溫度保持10～40分鐘。以這一方式，極其緩慢地降低被模鑄產(chǎn)品的溫度?？偠灾?，以0.5～5℃/分鐘的速率冷卻被模鑄件。就被模鑄產(chǎn)品表面的冷卻速率而言，跨越Tg的冷卻速率(較佳的是在Tg+10℃～Tg-10℃的范圍內(nèi)冷卻，更佳的是在Tg+15℃～Tg-15℃的范圍內(nèi)冷卻)，通常不高于(30℃/分鐘)/(平均被模鑄產(chǎn)品的厚度(mm))，較佳的是不高于(20℃/分鐘)/(平均被模鑄產(chǎn)品的厚度(mm))，更佳的是不高于(10℃/分鐘)/(平均被模鑄產(chǎn)品的厚度(mm))，最佳的是不高于(5℃/分鐘)/(平均被模鑄產(chǎn)品的厚度(mm))。在以高于所述冷卻速率的一個速率進行冷卻的情況下，一個溫度分布產(chǎn)生于內(nèi)部，這將伴隨產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力和重新取向。因此，產(chǎn)生翹曲、變形、以及縮痕，從而降低了形狀精度。隨著被模鑄產(chǎn)品厚度和尺寸的增加，這一現(xiàn)象會變得越來越為顯著。
在Tg附近進行冷卻，特別重要的原因在于當(dāng)跨越Tg進行冷卻時，樹脂顯示了相當(dāng)大的體積變化，而且在低于Tg的溫度上分子鏈的運動被固定，所以在Tg附近進行冷卻，特別對與翹曲、變形、縮痕等相關(guān)的形狀精度產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。在這一冷卻期間在使用過高壓力的情況下，不易于減輕取向。因此，冷卻期間被模鑄產(chǎn)品的每面積的壓力通常處于1～10000kPa的范圍內(nèi)，最好其處于2～2000kPa的范圍內(nèi)，更佳的是令其處于4～1000kPa的范圍內(nèi)。過低的壓力可能導(dǎo)致鏡面的不充分的壓鑄。把一個在給定壓力下如此緩慢冷卻的基從模具中取出。
(反射層)反射層包括一個形成在從模具中取出的基的表面上的氣相沉積的金屬薄膜等。在這一情況下，廣義地，而非狹義地使用術(shù)語“氣相沉積”，意味著包括濺射、反應(yīng)濺射等淀積技術(shù)。通常，在氣相沉積之前對基進行清洗。在氣相沉積之前進行基清洗，旨在去除粘著于表面上的脂肪和所滲出并粘著于那里的添加劑，因此，通過對一個反射薄膜的氣相沉積，獲得了一個沒有缺陷(例如斑點或發(fā)暗)的外觀，并提高了反射薄膜的粘著力?？梢酝ㄟ^在常溫下把基沉浸在一種清洗液中大約10～120秒鐘，實現(xiàn)這一清洗。較佳的是，在沉浸期間，直接把超聲波施加于基的光功能表面，以便有效地和均勻地清洗表面。較佳的清洗液為碳氟化合物清潔劑、非水碳氫化合物溶劑、以及基于醇類的清洗液。較佳的干燥方法包括通過所使用的清潔劑的蒸汽干燥基，然后在真空干燥機中進一步干燥基。
氣相沉積的條件如下。在已干燥之后，把基放入一個薄膜淀積裝置，并把真空度提高到1×10-4～1×10-6kPa。通常，按一個結(jié)合層(底層)、一個反射層、以及一個保護層這樣的順序從被模鑄產(chǎn)品的鏡面?zhèn)刃纬梢粋€結(jié)合層、一個反射層、以及一個保護層。
結(jié)合層的例子包括金屬或金屬氧化物，例如鉻(Cr)、鎳(Ni)、氧化硅(SiO2和SiO)、以及氧化鋁(AL2O3)。然而，較佳的是為氧化硅，原因在于對基的粘著力，以及隨之獲得的令人滿意的外觀。最好結(jié)合層的厚度為30～1500。在其厚度小于30的情況下，易于形成針孔，因而存在著減弱對基的粘著力的可能性。在其厚度超過1500的情況下，由于結(jié)合層和樹脂基之間的線性膨脹系數(shù)中的差，結(jié)合層薄膜易于破裂。
如上所述，把鋁(Al)、銀(Ag)等用作反射層。然而，從反射率、耐用性、以及成本的觀點來看，鋁是較佳的。最好反射層的厚度為500～3000。其厚度小于500，則易于導(dǎo)致反射率降低到70％或70％以下。在其厚度超過3000的情況下，存在著破裂的可能性。
所希望的是，在反射層上形成一個透明保護層。通常，使用氧化硅(SiO2和SiO)。一般情況下，該保護層的厚度為30～2000，較佳的是為700～1500。在保護層較薄的情況下，易于形成針孔，因而保護層不能截獲存在于空氣中的氧和水。因而反射層被氧化，從而導(dǎo)致反射率的降低。在保護層過厚的情況下，不僅由于保護層和樹脂基之間的線性膨脹系數(shù)之差，薄膜易于破裂，而且反射率降低。為了提高反射率，可以把一個氧化鈦(TiO、TiO2)薄膜作為一個反射加強薄膜淀積在保護層和反射層之間。在這一情況下，反射加強薄膜的厚度通常為5～1000。
所希望的是，在可見光區(qū)域中的反射率盡可能地高。然而，對于可見光區(qū)域，從有效利用來自一個光源的光數(shù)量的觀點出發(fā)，就平均值而言，反射率一般為70％或70％以上，最好其為80％或80％以上，更佳的是令其為90％或90％以上。在這一連接中，對于可見光區(qū)域，就平均值而言，鋁的理論反射率大約為93％。一般情況下，很難在非球面形狀上進行反射率測量。因此，在一個平監(jiān)視器玻璃上進行薄膜淀積與在被模鑄樹脂基上的薄膜淀積同時進行，并檢查這一玻璃板，以進行評估。
順便提及一下，當(dāng)本發(fā)明的投影透鏡滿足下列關(guān)系時，其可以給出高度滿意的圖像。其中，R1是反射表面上波長為400～500nm的光平均反射率，R2是反射表面上波長長于550nm～700nm的光平均反射率。通過在以上所示的構(gòu)成范圍中調(diào)整反射表面，可以制造滿足這一要求的透鏡。
R1＞R2≥70％可以使用下列方程確定R1和R2R1=(Σn=1kRλn)/k(400≤λn≤550)]]>R2=(Σn=1kRλn)/k(550<λn≤700)]]>在所述方程中，k是測量點的個數(shù)，以及Rλn是在λn處的絕對反射率。
總而言之，使用了一種投影透鏡的顯示器和投影儀，把一種金屬鹵化物燈用作光源。最近，對一種超高壓水銀燈的使用進行了研究。然而，在大約430nm和大約550nm的波長處，金屬鹵化物燈和超高壓水銀燈顯示出了一種擁有大峰值的發(fā)射光譜，如圖4中所示。其中，與這些峰值相比，430～550nm的波長范圍內(nèi)的輝度偏低。而且，當(dāng)來自一個光設(shè)備中的這樣的一個光源的光流過各種光單元(例如一個濾光器和一個偏振透鏡)時，每一單元吸收一個短波長區(qū)域中的光能，并將其轉(zhuǎn)換成熱能，從而降低了短波長區(qū)域中的輝度。特別是，在430nm附近的高峰輝度明顯地降低。在430nm附近高峰輝度的這一降低，導(dǎo)致在550nm附近高峰輝度的相對提高，以至于所獲得的圖像擁有一個黃色色調(diào)。
因此，當(dāng)可以滿足關(guān)系R1＞R2≥70％時，能夠消除因穿過光單元所導(dǎo)致的短波長區(qū)域中輝度降低的問題。一個擁有這一性質(zhì)的透鏡適合于用作使用了一個在430nm和550nm波長時具有大峰值并在430nm～550nm波長范圍內(nèi)擁有一個低輝度的光源(例如金屬鹵化物燈和超高壓水銀燈)的投影透鏡。
盡管70％或70％以上的平均反射率通常足以，但最好平均反射率為80％或80％以上，較佳的是為85％或85％以上。特別是，最好令400nm～550nm波長范圍內(nèi)的平均反射率R1為85～100％，同時最好550nm～770nm波長范圍內(nèi)的平均反射率R2為70～85％，最好RI和R2之差大約為3～30％。
<例子>
以下將通過舉例的方式詳細解釋本發(fā)明的投影透鏡。以下將描述這些例子中的測量方法。
(結(jié)晶度)根據(jù)樹脂的紅外線吸收峰值，估計非晶體部分的密度和結(jié)晶部分的密度。根據(jù)這些密度值確定結(jié)晶度(參見Nikkan kogyo shinbun公司出版的Porikonêto Handobukk，第一版，第171頁)。
(玻璃轉(zhuǎn)變點(Tg))使用一個掃描示差量熱計(DSC)所測量的。
(飽和水吸收)根據(jù)ASTM D570所測量的。
(粘度平均分子量)把一個Ubbelohde(厄布洛德)毛細管粘度計用于測量20℃時二氯甲烷中的本征粘度[η]，并使用下列方程確定粘度平均分子量(Mv)。＝1.23×10-4×(Mv)0.83
(極限OH基量)通過四氯化鈦/醋酸方法進行比色測定(Makromol Chem，88，215(1965))。
(雙折射)KOBRA-CCD/X，由Oji Scientific Instruments制造，用于對每一大約300平方微米的分區(qū)單元進行測量。根據(jù)對這些所得到的值的處理，評估雙折射。測量是在這樣的條件下進行的在590nm的波長上測量整個光功能表面上的雙折射相位差。
(在雙折射相位差的測量過程中，當(dāng)表面擁有損傷或小的不規(guī)則時，光被散射，這可能影響測量結(jié)果。因此，例如，進行如下的一個測量是有效的，這一測量是在調(diào)整好折射率的液體之后進行的，以便擁有與基相同折射率，而且在常溫下短時間周期內(nèi)對基樹脂的侵襲不會施加于表面；或在把基樹脂沉浸于調(diào)整好折射率的液體之后，進行這一測量。在已使用了一種染料等對樹脂基染色的情況下，使用如下一種方法是有效的把準備用于測量雙折射相位差的波長位移到可見光區(qū)域中一個較高透射率區(qū)域。當(dāng)準備加以考察的基擁有一個大約10％或10％以上的透射率時，使用這樣一種類型的雙折射表進行測量是可能的其中，以平行尼科耳棱鏡狀態(tài)，把準備加以考察的基放置在兩個偏振器之間，并旋轉(zhuǎn)該基，然后根據(jù)由于旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的光透射率的變化確定雙折射相位差。在準備加以考察的基擁有低于10％的光透射率的情況下，評估一個由同樣材料在同樣條件下模鑄的基樹脂，而且這一基樹脂沒有使用任何色彩成因著色劑，例如一種染料、色素、或碳黑。另外，在被模鑄產(chǎn)品擁有一個形成在其表面上的氣相沉積的金屬薄膜、氣相沉積的介電薄膜等的情況下，在評估之前通過使用一種酸、堿溶液等的刻蝕去除薄膜)。
(表面粗糙度)使用一種表面粗糙度儀(Model SP-61，由Kosaka Laboratory制造的)所測量的(測量中的放大倍數(shù)10倍；測量中的高度放大倍數(shù)20000倍)。
(反射率)使用自動記錄分光光度計U-4000(商標名)，由Hitachi公司制造，具有一個安裝在其上的5°規(guī)則反射附件，以使用V-N方法測量絕對反射率。
(形狀測量方法)使用非接觸三坐標測量裝置NH5(由Mitakakohki公司制造)。把根據(jù)理論非球形狀所得到的數(shù)據(jù)的Z軸方向的偏差作為形狀波動。
例1使用一種擁有圖1和圖2中所示結(jié)構(gòu)的模具制造一個投影透鏡。在干燥之后，使用由界面聚合方法所產(chǎn)生的一種聚碳酸酯樹脂(Tg＝150℃；粘度平均分子量20000；OH基含量180ppm；飽和水吸收性0.3重量百分比)。為此，作為脫離劑，添加了400pp甘油硬脂酸，作為一種熱穩(wěn)定劑，添加了300ppm的三(2，4-二-叔丁酚)亞磷酸酯(商標名Ciba Specialty chemicals IRGAFOS 168)。通過由JSW制造的雙螺旋揉合器TEX 44(商標名)對這些添加劑進行揉合，并使混合物顆?；?br> 首先，產(chǎn)生一種非球面鏡面陰模1(模子)，非球面鏡面陰模1擁有一個由下列方程(1)所示的弧形表面，并擁有一個25平方厘米尺寸的探出的平面，該平面具有一個位于距非球面表面中心40mm一段距離處的基樹脂。這一模子的整個表面擁有40?！?0的表面粗糙度。這一模子由一個框架3緊緊地包圍，以便給出一個具擁有恰好10mm平均厚度的被模鑄的樹脂。在把模子和框架裝配在一起之后(以下有時將其叫做模具組件)，把以上所描述的樹脂顆粒放入框架(由圖3和圖1所包圍的面積)。在這一狀態(tài)下，把一個蓋子4放在它們之上，并且把這一模具夾在加熱器2和5之間，以及冷卻器6和7之間。把合成的組件整體地放入一個真空加熱室9中，真空加熱室9被抽空至-70kPa。此后，把加熱器2和5接通，并將它們加熱到240℃。接下來，在被模鑄樹脂的每一面積上施加一個4.5kPa的負載，同時維持這一被加熱狀態(tài)。在接通后30分鐘，把下加熱器2和上加熱器5分別設(shè)置為240℃和240℃，并在這一狀態(tài)下持續(xù)30分鐘。此后，把加熱室9內(nèi)部的壓力返回到大氣壓力。在這一狀態(tài)中，為了冷卻，當(dāng)水流過冷卻器6和7時，把加熱器2和5按160℃保持50分鐘，接下來，以140℃持續(xù)30分鐘，然后以110℃持續(xù)30分鐘，從而緩慢冷卻樹脂。按0.7℃/分鐘計算跨越Tg時的溫度冷卻速率。以3℃/分鐘的速率，把溫度降低到100℃。打開真空加熱室9，取出模具組件，
并將其拆卸成框架3以及陰模1和4。取出內(nèi)部的樹脂基10。Z(h)=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah2+Bh6+Ch8+Dh10---(1)]]>(c＝1/r，c曲率，r半徑，k圓錐函數(shù)，A、B、C、D系數(shù))r＝-160k＝-8.0A＝7.0E-9B＝-9.0E-14C＝6.5E-19D＝-2.0E＝-24坐標的確定如圖3中所示。
在樹脂基的相應(yīng)于投影透鏡的反射表面的面積中的樹脂基，擁有一個10mm的平均厚度、12mm的最大厚度、以及8mm的最小厚度。使用以上所描述的方法，針對雙折射率檢查這一樹脂基。在測量之前，把一種調(diào)整好折射率的液體(已將其調(diào)整好，以便擁有與基樹脂相同的折射率)施加于基表面，同時防止納入氣泡，以消除由表面上細小的不規(guī)則和損傷所造成的光散射的影響。在占光功能表面75％并集中在其最低面積上的區(qū)域中，雙折射相位差的平均值為5nm/mm。而且，測量基的表面粗糙度(Ra)，并發(fā)現(xiàn)其為130～160。肉眼觀察的表面狀態(tài)也是令人滿意的。形狀波動處于+30微米～-70微米的范圍內(nèi)。
使用醇類，然后使用包含一種表面活性劑的溫水，充分地清洗以上所獲得的樹脂基的表面。在干燥這一基之后，在其表面上氣相沉積100/1500/400厚的Cr/Al/SiOx。
盡管使用了一種反射分光光度計測量可見光的反射率，但精密的測量是不可能的在弧形表面上進行的。由于這一原因，使用相同的工藝，把擁有相同厚度的氣相沉積層形成在一個平板上，并檢查這一反射薄膜。因此，其平均反射率為80％。而且，把一個由1000000個像素組成的圖像投影到反射薄膜上，然后從屏幕之下將其傾斜地投影到一個100cm×76cm的屏幕上。因此，可以獲得一個沒有可感覺到的扭曲或變形的令人滿意的圖像。就面積的放大倍數(shù)而言，投影放大約為20倍。
所獲得的投影透鏡可適當(dāng)?shù)赜糜诒惩峨娨暯邮諜C或那種把圖像從屏幕之下傾斜投影的櫥窗陳設(shè)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中。
例子2一個預(yù)浸料坯(意味著一個擁有厚12mm、寬240mm、以及長240mm的預(yù)先以平板形式模鑄的預(yù)制坯)用于取代例子1中的顆粒，除以下方面采用與例子1中相同方式進行模鑄。在開始加熱之后，把加熱器2和加熱器5分別在250℃和240℃上保持大約30分鐘，以至于可調(diào)整下加熱器2，以便擁有一個高于上加熱器5溫度大約10℃的溫度。壓力恢復(fù)之后把加熱時間縮短了大約10分鐘，把用于冷卻到160℃的時間周期縮短了10分鐘，因此，獲得了一個等于例子1的樹脂基底的樹脂基底。在樹脂基相應(yīng)于投影透鏡的反射表面的面積中的樹脂基，擁有一個10mm的平均厚度、12mm的最大厚度、以及8mm的最小厚度。在占光功能表面75％并集中在其最低面積上的區(qū)域中，雙折射相位差的平均值為25nm/mm。而且，測量基的表面粗糙度(Ra)，其為150。肉眼觀察的表面狀態(tài)也是令人滿意的。
使用醇類，然后使用包含一種表面活性劑的溫水，充分地清洗這一樹脂基的表面。在干燥這一基之后，在其表面上氣相沉積100/1500/400厚的Cr/Al/SiOx。盡管使用了一種反射分光光度計測量可見光的反射率，但精確的測量不可能在弧形表面上進行。由于這一原因，使用相同的工藝，把擁有相同厚度的氣相沉積層形成在一個平板上，并檢查這一反射薄膜。因此，其平均反射率為80％。而且，把一個由1000000個像素組成的圖像投影到這一鏡子上，然后從屏幕之下將其傾斜地投影到一個100cm×76cm的屏幕上。因此，可以獲得一個沒有可感覺到的扭曲或變形的令人滿意的圖像。就面積的放大倍數(shù)而言，投影放大約為20倍。
可比的例子1通過把與例子1中相同脫離劑和熱穩(wěn)定劑添加到一種PMMA樹脂(Acrypet MD，由三菱Rayon公司制造；Tg＝93℃；飽和水吸收性為1.4重量百分比)中并揉合這一混合物，用作材料。制造注模，這一注模擁有與例子1中相同的非球面輪廓，并裝備有加熱/冷卻導(dǎo)管。把顆粒裝入由FANUC公司制造的300-t注壓模鑄機FANUC ROBO SHOTi Seriesα-300iA中。在80℃模具溫度、330℃注入溫度、以及300MPa注入壓力的狀態(tài)下，把樹脂注入到模具中，并把把模具按這一狀態(tài)維持20分鐘。此后，打開模具，取出樹脂基。
在650nm的波長上考察整個有效反射表面上的雙折射相位差。在測量之前，把一種調(diào)整好折射率的液體(已將其調(diào)整好，以便擁有與基相同的折射率)施加于基表面，同時防止氣泡的含入，以消除由表面上的細小的不規(guī)則和損傷所造成的光散射的影響。在占光功能表面60％并集中在其最低面積上的區(qū)域中，雙折射相位差的平均值為40nm/mm。表面粗糙度(Ra)為1000。形狀波動處于+100微米～-100微米的范圍內(nèi)。
使用醇類，然后使用包含一種表面活性劑的溫水，充分地清洗這一樹脂基的非半球表面。在干燥這一基之后，在其表面上氣相沉積100/1500/400厚的Cr/Al/SiOx?？梢姽獾钠骄瓷渎蕿?0％。把這一鏡子在25℃和80RH％的狀態(tài)下保持48小時。此后，把一個由1000000個像素組成的圖像投影到這一鏡子上，然后從屏幕之下將其傾斜地投影到一個100cm×76cm的屏幕上。因此，在中央部分觀察到由于縮痕而產(chǎn)生的圖像變形和像素形狀變形。而且，觀察到由于基的翹曲左和右上部分下陷的一個變形的圖像。
可比的例子2使用與可比的例子1中相同的樹脂顆粒和模具。在200℃模具溫度、330℃注入溫度、以及30MPa注入壓力的狀態(tài)下，把樹脂注入到模具中，此后，以1℃/分鐘的速率冷卻模具，直至模具的溫度達到75℃。把模具在這一溫度上維持10分鐘，然后打開模具，取出樹脂基。
在590nm的波長上考察整個有效反射表面上的雙折射相位差。使用由Oji Scientific Instruments公司制造的KOBRA-CCD/X，對每一大約200平方微米的間隔開的單元進行測量。在測量之前，把一種調(diào)整好折射率的液體(已將其調(diào)整好，以便擁有與基相同的折射率)施加于基表面，同時防止氣泡的含入，以消除由表面上的細小的不規(guī)則和損傷所造成的光散射的影響。在占光功能表面60％并集中在其最低面積上的區(qū)域中，雙折射相位差的平均值為60nm/mm。在按1cm距離間隔的529個網(wǎng)格點上測量樹脂基在其相應(yīng)于投影透鏡的反射表面的部分中的樹脂基的厚度。測量結(jié)果表明基的平均厚度為8mm、最大厚度為13mm、以及最小厚度為5mm。
使用醇類，然后使用包含一種表面活性劑的溫水，充分地清洗這一樹脂基的非球形表面。在干燥這一基之后，在其表面上氣相沉積200/1500/400厚的Cr/Al/SiOx。可見光的平均反射率為80％。把所獲得的投影透鏡在25℃和40RH％的狀態(tài)下保持48小時。然后，把所獲得的投影透鏡在50℃和98RH％的大氣中保持6小時。此后，把一個由1000000個像素組成的圖像投影到其上，然后按與例子1中相同的方式從屏幕之下將這一像素傾斜地投影到一個100cm×76cm的屏幕上。因此，觀察到一個其中左和右上部分下陷的變形的圖像，因為被膜注的產(chǎn)品由于對水分的吸收在其與氣相沉積的薄膜相反的一側(cè)上膨脹，并因而曲翹。
可比的例子3把使用與例子1中相同的方法所獲得的樹脂基放入一個干燥爐中，并在60℃的溫度上將其干燥48小時。此后，使用一種濺射裝置依次在樹脂基的光功能表面上淀積一個作為結(jié)合層的200厚的SiO2、一個作為反射薄膜的1500厚的Al、以及一個作為保護薄膜的1000厚的SiO2，從而獲得一個投影透鏡。同時隨這一薄膜淀積，把相同的薄膜淀積在一個擁有2.6cm×7.6cm以及厚1.3mm維度的一個平監(jiān)視器玻璃上。對這一包層的玻璃進行反射率測量。
在薄膜淀積之后，以5的測量角度就相對反射率檢查監(jiān)視器玻璃，其中，把一個鋁參照透鏡反射率視為100％。發(fā)現(xiàn)這一包層的玻璃監(jiān)視器擁有下列平均反射率。
在400～550nm波長，平均反射率R1為98.1％(4個測量點測量波長400、450、500、以及550nm)在長于550nm～700nm的波長，平均反射率R2為88.2％(3個測量點波長600、650、以及700nm)[針對相對光譜分布，評估投影透鏡]按下列方式，針對相對光譜分布，檢查所獲得的投影透鏡。在投影鏡上反射從使用超高壓水銀燈的投影儀所發(fā)射的白光，并將其投影到一個玻璃屏幕上。使用光譜輻射儀CS-1000(由美能達公司制造的)測量圍繞中心的面積中的這一圖像的輝度。使用一個數(shù)據(jù)管理軟件CS-S1W 2.0版(由美能達公司制造的)獲得一個相對光譜分布。所獲得的相對光譜分布如圖5中所示。
在這一相對光譜分布中，把出現(xiàn)在450nm附近波長上的峰值(P2)用作一個評估值，其中把出現(xiàn)在550nm附近波長上的峰值(P1)取作100。當(dāng)該值超過60時，獲得令人滿意的圖像。因此，當(dāng)P1為100時，P2大約為62，因而屏幕上的白色圖像擁有一個減少了的黃色色調(diào)。通過XYZ色系色度圖評估使用所獲得的投影透鏡所獲得的輝度的黃色。因此，x＝0.2773，y＝0.3321，從而顯示幾乎無黃色。
例子4按與例子1中相同的方式制造投影透鏡，除了把保護薄膜的厚度改變?yōu)?00。發(fā)現(xiàn)按與針對這一投影透鏡相同的方式在監(jiān)視器玻璃上進行薄膜淀積的監(jiān)視器玻璃擁有以下的平均反射率。
在400～550nm波長，平均反射率R1為94％(4個測量點測量波長400、450、500、以及550nm)在長于550nm～700nm的波長，平均反射率R2為88.8％(3個測量點波長600、650、以及700nm)按與例子1中相同的方式，針對一個屏幕上的相對光譜分布，檢查所獲得的投影透鏡。因此，當(dāng)P1為100時，P2大約為61，因而屏幕上的白色圖像擁有一個減少了的黃色色調(diào)。而且，XYZ色系色度圖中X和Y坐標值為x＝0.2793，y＝0.3337，從而顯示幾乎無黃色。
例子5按與例子3中相同的方式制造投影透鏡，除了不形成保護薄膜外。發(fā)現(xiàn)按與針對這一投影透鏡相同的方式在監(jiān)視器玻璃上進行薄膜淀積的監(jiān)視器玻璃擁有以下的平均反射率。
在400～550nm的波長，平均反射率R1為95.0％(4個測量點測量波長400、450、500、以及550nm)在長于550nm～700nm的波長，平均反射率R2為95.1％(3個測量點波長600、650、以及700nm)按與例子3中相同的方式，針對一個屏幕上的相對光譜分布，檢查所獲得的投影透鏡。因此，當(dāng)P1為100時，P2大約為50，其結(jié)果屏幕上的白色圖像擁有一個減少了的黃色色調(diào)。而且，XYZ色系色度圖中X和Y坐標值為x＝0.2822，y＝0.3445，從而顯示顏色為黃色。
例子6按與例子3中相同的方式制造投影透鏡，除了把保護薄膜的厚度改變?yōu)?00外。發(fā)現(xiàn)按與針對這一投影透鏡相同的方式在監(jiān)視器玻璃上進行薄膜淀積的監(jiān)視器玻璃擁有以下的平均反射率。
在400～550nm的波長，平均反射率R1為91.6％(4個測量點測量波長400、450、500、以及550nm)在長于550nm～700nm的波長，平均反射率R2為92.3％(3個測量點波長600、650、以及700nm)按與例子3中相同的方式，針對一個屏幕上的相對光譜分布，檢查所獲得的投影透鏡。因此，當(dāng)P1為100時，P2大約為59，因而，屏幕上的白色圖像擁有少量黃色色調(diào)。而且，XYZ色系色度圖中X和Y坐標值為x＝0.283，y＝0.3403，從而顯示顏色為黃色。
盡管已參照其具體的實施方案詳細地描述了本發(fā)明，然而，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員顯然會意識到在不背離本發(fā)明的構(gòu)思與范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種各樣的修改與變更。
本申請是基于2000年10月20日提交的日本專利申請(專利申請2000-321152)、2000年10月31日提交的日本專利申請(專利申請2000-333048)、2000年12月25日提交的日本專利申請(專利申請2000-392419)、2001年3月13日提交的日本專利申請(專利申請2001-070629)，現(xiàn)將它們的內(nèi)容并入此處，以作參考。
<實用性>
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種非球面投影透鏡，這種投影透鏡重量輕、價格便宜，然而盡管如此，這種投影透鏡規(guī)格較大，并擁有一個減少了扭曲的高精度的非球面反射表面。這種投影透鏡能夠投影沒有扭曲/變形的高分辨率的圖像，特別是當(dāng)將其安裝在一個不從垂直于屏幕的方向，而從一個傾斜的方向，尤其是從屏幕的下方傾斜地投影圖像的投影設(shè)備上時。
本發(fā)明的投影透鏡具有廣泛的應(yīng)用，不僅可應(yīng)用于背投影儀設(shè)備，例如液晶背投影儀和DLP背投影儀，而且還可應(yīng)用于那些要求必須擁有一個大規(guī)格非球面鏡子以具有高精表面形狀的設(shè)備，例如櫥窗陳設(shè)設(shè)備。這種投影透鏡在以下方面是高效率的，例如，減少了背投電視接收機的厚度；使前投影儀能夠放置在演播員的附近(到目前為止，人們一直把投影儀懸掛在天花板上，或高高地安裝在折梯上，因為必須垂直于屏幕進行投影)；并可以使投影儀放置在櫥窗陳設(shè)設(shè)備或3D顯示器的一個不引人注目的地方。
權(quán)利要求
1.一種投影透鏡，包括擁有給定弧形表面的樹脂基，以及形成在樹脂基表面上的反射層，其特征在于，在占至少60％光功能表面面積的一個區(qū)域中，當(dāng)使用來自垂直于樹脂基的弧形光功能表面方向的入射光進行測量時，每單位厚度的面內(nèi)雙折射相位差的平均值為30nm/mm或30nm/mm以下。
2.一種投影透鏡，擁有在光功能給予表面上的反射層，這種投影透鏡包括擁有給定弧形表面的樹脂基，以及形成在樹脂基的表面上的反射層，其中至少60％的光功能給予表面擁有200或200以下的表面粗糙度(Ra)。
3.權(quán)利要求1或2的投影透鏡，這種投影透鏡平面面積為150cm2或150cm2以上，最小平面寬度為10cm或10cm以上，以及厚度為3mm或3mm以上。
4.權(quán)利要求1或2的投影透鏡，其中，基于樹脂基的平均厚度，所述樹脂基在其相應(yīng)于投影透鏡光功能表面部分中的厚度在±50％的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1或2的投影透鏡，這種投影透鏡滿足R1＞R2≥70％其中，R1是反射表面上波長為400～550nm的光平均反射率，R2是反射表面上波長為長于550nm～700nm的光平均反射率。
6.權(quán)利要求1或2的投影透鏡，其中，樹脂基包括一種非晶體的熱塑樹脂。
7.權(quán)利要求6的投影透鏡，其中，非晶體熱塑樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變點為80℃或80℃以上。
8.權(quán)利要求6的投影透鏡，其中，當(dāng)在60℃和90％RH的狀態(tài)下測量時，非晶體熱塑樹脂的飽和水吸收率為1％或1％以下。
9.權(quán)利要求6的投影透鏡，其中，非晶體的熱塑樹脂包括一種數(shù)量為30～3000ppm的脫離劑。
10.權(quán)利要求6的投影透鏡，其中，非晶體的熱塑樹脂是一種聚碳酸酯樹脂。
11.權(quán)利要求1或2的投影透鏡，其中，反射層包括一個氣相沉積鋁薄膜。
12.權(quán)利要求11的投影透鏡，這種投影透鏡放置在樹脂基和反射層之間，擁有一個包括SiOx、AL2O3、或Cr的結(jié)合層。
13.權(quán)利要求12的投影透鏡，其中，反射層擁有一個包括金屬氧化物薄膜的透明的保護層。
14.一種用于投影透鏡的樹脂基，其特征在于，在占至少60％光功能表面面積的一個區(qū)域中，當(dāng)使用來自垂直于樹脂基的弧形光功能表面方向的入射光進行測量時，每單位厚度的面內(nèi)雙折射相位差的平均值為30nm/mm或30nm/mm以下。
15.一種工藝，用于制造用于權(quán)利要求14的投影透鏡的樹脂，其特征在于，把饋送樹脂保持在一個鏡面陰模和一個后側(cè)陰模之間的受壓狀態(tài)，在降低的壓力下把樹脂加熱到一個高于玻璃轉(zhuǎn)變點(Tg)大約50～120℃的溫度，把壓力提高到大氣壓力附近，同時維持這一被加熱的狀態(tài)，然后，對于從高于Tg溫度10℃的溫度到低于Tg溫度10℃的溫度的范圍內(nèi)的冷卻，以每單位厚度樹脂基低于30℃/分鐘-毫米的冷卻率冷卻樹脂。
16.一種工藝，用于制造用于權(quán)利要求15的投影透鏡的樹脂，其中，在從冷卻開始之后到冷卻至Tg-10℃這一期間內(nèi)，把一個1～10000kPa的壓力施加于樹脂基。
全文摘要
本發(fā)明的主題是提供一種透鏡，這種透鏡重量輕、價格便宜，然而盡管如此，這種投影透鏡規(guī)格較大，其高精度的非球面反射表面降低了失真。本發(fā)明提供了一種投影透鏡，這種投影透鏡包括擁有一個給定弧形表面的樹脂基，以及形成在樹脂基的表面上的反射層，其特征在于，在占至少60％光功能表面面積的一個區(qū)域中，當(dāng)使用來自垂直于樹脂基的弧形光功能表面的入射光加以測量時，每單位厚度的面內(nèi)雙折射相位差的平均值為30nm/mm或30nm/mm以下；或另一種投影透鏡，這種投影透鏡擁有一個在一個光功能給予表面上的反射層，其中，至少60％光功能給予表面擁有200或200以下的粗糙度(Ra)。
文檔編號B29C43/02GK1481514SQ01820920
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者半田敬信, 西川學(xué), 松下泰典, 渡邊裕之, 之, 典 申請人:三菱化學(xué)株式會社