تُعدّ المواد البلاستيكية وتقنية قولبة الحقن أساسًا للعدسات المصغّرة. ويتكوّن هيكل العدسة البلاستيكية من مادة العدسة، وجسم العدسة، وحامل العدسة، والفاصل، وطبقة التظليل، ومادة حلقة الضغط، وغيرها.

توجد أنواع عديدة من مواد العدسات البلاستيكية، وجميعها في الأساس بلاستيك (بوليمر ذو وزن جزيئي عالٍ). وهي مواد لدن بالحرارة، أي أنها تلين وتصبح لدنة عند تسخينها، وتتصلب عند تبريدها، ثم تلين عند تسخينها مرة أخرى. وهذا تغيير فيزيائي ينتج عنه تحول عكسي بين حالتي السيولة والصلابة باستخدام التسخين والتبريد. بعض هذه المواد قديم، وبعضها حديث نسبياً. بعضها بلاستيك متعدد الاستخدامات، وبعضها الآخر مواد بلاستيكية بصرية مطورة خصيصاً، تُستخدم في مجالات بصرية محددة.

في مجال تصميم العدسات، قد نرى درجات المواد المستخدمة من قبل شركات مختلفة، مثل EP8000 وK26R وAPL5015 وOKP-1 وغيرها. جميعها تنتمي إلى نوع معين من المواد البلاستيكية، والأنواع التالية هي الأكثر شيوعًا، وسنرتبها حسب تاريخ ظهورها:

العدسات البلاستيكية

• بولي ميثيل ميثاكريل/أكريليك:بولي (ميثيل ميثاكريلات)، المعروف أيضًا باسم بولي ميثيل ميثاكريلات (بلكسي جلاس، أكريليك). نظرًا لسعره المنخفض، ونفاذيته العالية للضوء، وقوته الميكانيكية العالية، يُعدّ بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) البديل الأكثر شيوعًا للزجاج في حياتنا اليومية. تُصنع معظم المواد البلاستيكية الشفافة من PMMA، مثل الأطباق الشفافة، والملاعق الشفافة، ومصابيح LED الصغيرة، والعدسات، وغيرها. وقد بدأ إنتاج PMMA بكميات كبيرة منذ ثلاثينيات القرن العشرين.
• ملاحظة:البوليسترين، هو مادة بلاستيكية حرارية عديمة اللون وشفافة، بالإضافة إلى كونه بلاستيكًا هندسيًا، وقد بدأ إنتاجه بكميات كبيرة في ثلاثينيات القرن العشرين. العديد من علب الفوم البيضاء وعلب الغداء الشائعة في حياتنا مصنوعة من مواد البوليسترين.
• جهاز الكمبيوتر الشخصي:البولي كربونات، مادة بلاستيكية حرارية غير متبلورة عديمة اللون وشفافة، وهي مادة متعددة الاستخدامات. لم يبدأ تصنيعها صناعياً إلا في ستينيات القرن الماضي. تتميز مادة البولي كربونات بمقاومة عالية للصدمات، ومن استخداماتها الشائعة صناعة دلاء توزيع المياه والنظارات الواقية وغيرها.
• l COP & COC:بوليمر الأوليفين الحلقي (COP)، بوليمر الأوليفين الحلقي؛ كوبوليمر الأوليفين الحلقي (COC). كوبوليمر الأوليفين الحلقي مادة بوليمرية شفافة غير متبلورة ذات بنية حلقية، تحتوي على روابط ثنائية بين ذرات الكربون في الحلقة. تُصنع الهيدروكربونات الحلقية من مونومرات الأوليفين الحلقي عن طريق البلمرة الذاتية (COP) أو البلمرة المشتركة (COC) مع جزيئات أخرى (مثل الإيثيلين). تتشابه خصائص كل من COP وCOC تقريبًا. هذه المادة حديثة نسبيًا، فعند اختراعها لأول مرة، كان يُنظر إليها بشكل أساسي لبعض التطبيقات البصرية. أما الآن، فهي تُستخدم على نطاق واسع في صناعات الأفلام والعدسات البصرية وشاشات العرض والمستحضرات الطبية (زجاجات التغليف). اكتمل الإنتاج الصناعي لـ COP حوالي عام 1990، بينما اكتمل الإنتاج الصناعي لـ COC قبل عام 2000.
• ل-أو-بيت:تم تسويق ألياف البوليستر البصرية، O-PET، في أوساكا في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين.

عند تحليل مادة بصرية، فإننا نهتم بشكل أساسي بخصائصها البصرية والميكانيكية.

بصريالعقارات

• معامل الانكسار والتشتت

معامل الانكسار والتشتت

يتضح من هذا الرسم البياني الموجز أن المواد البلاستيكية البصرية المختلفة تنقسم أساسًا إلى فئتين: الأولى ذات معامل انكسار عالٍ وتشتت عالٍ، والثانية ذات معامل انكسار منخفض وتشتت منخفض. وبمقارنة نطاق معامل الانكسار والتشتت المتاح للمواد الزجاجية، نجد أن نطاق معامل الانكسار المتاح للمواد البلاستيكية ضيق جدًا، وأن جميع المواد البلاستيكية البصرية تتميز بمعامل انكسار منخفض نسبيًا. وبشكل عام، فإن نطاق الخيارات المتاحة للمواد البلاستيكية أضيق، إذ لا يتجاوز عدد أنواعها التجارية 10 إلى 20 نوعًا، مما يحدّ بشكل كبير من حرية التصميم البصري من حيث المواد.

يتغير معامل الانكسار مع الطول الموجي: يزداد معامل الانكسار للمواد البلاستيكية البصرية مع الطول الموجي، وينخفض ​​معامل الانكسار قليلاً، ويكون الإجمالي مستقرًا نسبيًا.

يتغير معامل الانكسار بتغير درجة الحرارة (Δn/dT): معامل درجة حرارة معامل الانكسار للمواد البلاستيكية البصرية أكبر من 6 إلى 50 مرة من معامل درجة حرارة الزجاج، وهي قيمة سالبة، مما يعني أنه مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​معامل الانكسار. على سبيل المثال، عند طول موجي 546 نانومتر، وفي نطاق درجات حرارة من -20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية، تتراوح قيمة Δn/dT للمادة البلاستيكية بين -8 و-15 × 10⁻⁵/درجة مئوية، بينما تبلغ قيمة Δn/dT لمادة الزجاج NBK7 3 × 10⁻⁶/درجة مئوية.

• النفاذية

النفاذية

بالرجوع إلى هذه الصورة، نجد أن معظم أنواع البلاستيك البصري تتمتع بنفاذية تزيد عن 90% في نطاق الضوء المرئي؛ كما أنها تتمتع بنفاذية جيدة في نطاقات الأشعة تحت الحمراء عند 850 نانومتر و940 نانومتر، وهي شائعة الاستخدام في الإلكترونيات الاستهلاكية. وتتناقص نفاذية المواد البلاستيكية مع مرور الوقت. والسبب الرئيسي هو امتصاص البلاستيك للأشعة فوق البنفسجية من الشمس، مما يؤدي إلى تكسر السلاسل الجزيئية وتحللها وتشابكها، وبالتالي تغير خصائصها الفيزيائية والكيميائية. وأبرز مظاهر هذا التغير هو اصفرار المادة البلاستيكية.

• الانكسار المزدوج الناتج عن الإجهاد

انكسار العدسة

الانكسار المزدوج الإجهادي (الانكسار المزدوج) خاصية بصرية للمواد. يرتبط معامل انكسار المواد بحالة استقطاب الضوء الساقط واتجاه انتشاره. تُظهر المواد معاملات انكسار مختلفة باختلاف حالات الاستقطاب. في بعض الأنظمة، يكون هذا الانحراف في معامل الانكسار ضئيلاً جدًا ولا يؤثر بشكل كبير على النظام، ولكن في بعض الأنظمة البصرية الخاصة، يكون هذا الانحراف كافيًا لإحداث تدهور خطير في أداء النظام.

لا تمتلك المواد البلاستيكية في حد ذاتها خصائص متباينة الخواص، ولكن عملية حقن البلاستيك تُحدث انكسارًا ضوئيًا ناتجًا عن الإجهاد. والسبب الرئيسي هو الإجهاد الناتج أثناء عملية الحقن وترتيب جزيئات البلاستيك الكبيرة بعد التبريد. يتركز الإجهاد عادةً بالقرب من منفذ الحقن، كما هو موضح في الشكل أدناه.

يتمثل المبدأ العام للتصميم والإنتاج في تقليل الانكسار الإجهادي في المستوى البصري الفعال، وهو ما يتطلب تصميمًا مناسبًا لهيكل العدسة، وقالب الحقن، ومعايير الإنتاج. ومن بين المواد المختلفة، تُعد مواد البولي كربونات (PC) أكثر عرضة للانكسار الإجهادي (أكبر بحوالي 10 مرات من مواد بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA))، بينما تتميز مواد البولي أوكسي كربونات (COP) والبولي أوكسي كربونات (COC) وبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) بانكسار إجهادي أقل.