Plastové materiály a vstřikování jsou základem pro miniaturizované čočky. Struktura plastové čočky zahrnuje materiál čočky, tubus čočky, objímku čočky, distanční vložku, stínící fólii, materiál přítlačného kroužku atd.

Existuje několik typů materiálů čoček pro plastové čočky, z nichž všechny jsou v podstatě plastové (vysokomolekulární polymer). Jsou to termoplasty, plasty, které při zahřátí měknou a stávají se plastickými, při ochlazení ztvrdnou a při opětovném zahřátí změknou. Fyzikální změna, která způsobuje vratnou změnu mezi kapalným a pevným skupenstvím pomocí ohřevu a chlazení. Některé materiály byly vynalezeny dříve a některé jsou relativně nové. Některé jsou plasty pro všeobecné použití a některé materiály jsou speciálně vyvinuté optické plastové materiály, které se konkrétněji používají v některých optických oborech.

V optickém designu se můžeme setkat s materiálovými třídami různých společností, jako je EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 a tak dále. Všechny patří k určitému typu plastu a následující typy jsou běžnější a budeme je třídit podle doby jejich vzhledu:

Plastové čočky

• l PMMA/akryl:Poly(methylmethakrylát), polymethylmethakrylát (plexisklo, akryl). Díky své nízké ceně, vysoké propustnosti a vysoké mechanické pevnosti je PMMA nejběžnější náhražkou skla v životě. Většina průhledných plastů je vyrobena z PMMA, jako jsou průhledné destičky, průhledné lžičky a malé LED diody. čočka atd. PMMA se masově vyrábí od 30. let 20. století.
• PS:Polystyren, polystyren, je bezbarvý a průhledný termoplast, stejně jako technický plast, který se začal masově vyrábět ve 30. letech 20. století. Mnoho bílých pěnových krabic a krabic na oběd, které jsou běžné v našich životech, je vyrobeno z materiálů PS.
• PC:Polykarbonát, polykarbonát, je také bezbarvý a průhledný amorfní termoplast a je to také univerzální plast. K industrializaci došlo až v 60. letech 20. století. Odolnost PC materiálu proti nárazu je velmi dobrá, mezi běžné aplikace patří kbelíky na vodu, brýle atd.
• l COP & COC:Cyklický olefinový polymer (COP), Cyklický olefinový polymer; Cyklický olefinový kopolymer (COC) Cyklický olefinový kopolymer, je amorfní transparentní polymerní materiál s kruhovou strukturou, s dvojnými vazbami uhlík-uhlík v kruhu Cyklické uhlovodíky se vyrábějí z cyklických olefinových monomerů samopolymerací (COP) nebo kopolymerací (COC ) s jinými molekulami (jako je ethylen). Charakteristiky COP a COC jsou téměř stejné. Tento materiál je relativně nový. Když byl poprvé vynalezen, byl zvažován hlavně pro některé optické aplikace. Nyní je široce používán v průmyslu filmu, optických čoček, displejů, lékařství (balicí láhve). COP dokončil průmyslovou výrobu kolem roku 1990 a COC dokončil průmyslovou výrobu před rokem 2000.
• l O-PET:Optické polyesterové optické polyesterové vlákno O-PET bylo komercializováno v Osace v roce 2010.

Při analýze optického materiálu nám jde především o jeho optické a mechanické vlastnosti.

Optická pvlastnosti

• Index lomu a disperze

Index lomu a disperze

Z tohoto souhrnného diagramu je vidět, že různé optické plastové materiály v zásadě spadají do dvou intervalů: jedna skupina je vysoký index lomu a vysoká disperze; druhou skupinou je nízký index lomu a nízká disperze. Porovnáním volitelného rozsahu indexu lomu a disperze skleněných materiálů zjistíme, že volitelný rozsah indexu lomu plastových materiálů je velmi úzký a všechny optické plastové materiály mají relativně nízký index lomu. Obecně lze říci, že rozsah možností pro plastové materiály je užší a existuje pouze asi 10 až 20 komerčních tříd materiálů, což do značné míry omezuje svobodu optického designu z hlediska materiálů.

Index lomu se mění s vlnovou délkou: Index lomu optických plastových materiálů se zvyšuje s vlnovou délkou, index lomu mírně klesá a celek je relativně stabilní.

Index lomu se mění s teplotou Dn/DT: Teplotní koeficient indexu lomu optických plastů je 6x až 50x větší než u skla, což je záporná hodnota, což znamená, že s rostoucí teplotou index lomu klesá. Například pro vlnovou délku 546nm, -20°C až 40°C je hodnota dn/dT plastového materiálu -8 až -15X10^–5/°C, zatímco naproti tomu hodnota skleněného materiálu NBK7 je 3X10^–6/°C.

• Propustnost

Propustnost

S odkazem na tento obrázek má většina optických plastů propustnost více než 90 % v pásmu viditelného světla; mají také dobrou propustnost pro infračervená pásma 850nm a 940nm, která jsou běžná ve spotřební elektronice. Propustnost plastových materiálů se také časem do určité míry sníží. Hlavním důvodem je to, že plast absorbuje ultrafialové paprsky na slunci a molekulární řetězec se rozbije, degraduje a zesíťuje, což má za následek změny fyzikálních a chemických vlastností. Nejzřetelnějším makroskopickým projevem je žloutnutí plastového materiálu.

• Stresový dvojlom

Refrakce čočky

Dvojlom napětí (Birefringence) je optická vlastnost materiálů. Index lomu materiálů souvisí se stavem polarizace a směrem šíření dopadajícího světla. Materiály vykazují různé indexy lomu pro různé stavy polarizace. U některých systémů je tato odchylka indexu lomu velmi malá a nemá velký dopad na systém, ale u některých speciálních optických systémů tato odchylka stačí k vážnému zhoršení výkonu systému.

Plastové materiály samy o sobě nemají anizotropní vlastnosti, ale vstřikování plastů způsobí dvojlom napětí. Hlavním důvodem je pnutí při vstřikování a uspořádání makromolekul plastu po ochlazení. Napětí se obecně koncentruje v blízkosti vstřikovacího otvoru, jak je znázorněno na obrázku níže.

Obecným principem návrhu a výroby je minimalizace dvojlomu napětí v optické efektivní rovině, což vyžaduje rozumný návrh struktury čočky, vstřikovací formy a výrobních parametrů. Mezi několika materiály jsou PC materiály náchylnější k dvojlomu napětí (asi 10krát větší než materiály PMMA) a materiály COP, COC a PMMA mají nižší dvojlom napětí.