Τα πλαστικά υλικά και η χύτευση με έγχυση αποτελούν τη βάση για τους μικροσκοπικούς φακούς. Η δομή του πλαστικού φακού περιλαμβάνει το υλικό του φακού, τον κύλινδρο του φακού, τη βάση του φακού, τον διαχωριστή, το φύλλο σκίασης, το υλικό του δακτυλίου πίεσης κ.λπ.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι υλικών φακών για πλαστικούς φακούς, οι οποίοι είναι όλοι ουσιαστικά πλαστικοί (πολυμερές υψηλού μοριακού βάρους). Είναι θερμοπλαστικά, πλαστικά που μαλακώνουν και γίνονται πλαστικά όταν θερμαίνονται, σκληραίνουν όταν ψύχονται και μαλακώνουν όταν θερμαίνονται ξανά. Μια φυσική αλλαγή που παράγει μια αναστρέψιμη αλλαγή μεταξύ υγρής και στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας θέρμανση και ψύξη. Ορισμένα υλικά εφευρέθηκαν νωρίτερα και μερικά είναι σχετικά νέα. Μερικά είναι πλαστικά γενικής χρήσης και ορισμένα υλικά είναι ειδικά αναπτυγμένα οπτικά πλαστικά υλικά, τα οποία χρησιμοποιούνται πιο συγκεκριμένα σε ορισμένα οπτικά πεδία.

Στον οπτικό σχεδιασμό, μπορούμε να δούμε τις ποιότητες υλικών διαφόρων εταιρειών, όπως EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 κ.ο.κ. Όλα ανήκουν σε έναν συγκεκριμένο τύπο πλαστικού υλικού και οι ακόλουθοι τύποι είναι πιο συνηθισμένοι και θα τους ταξινομήσουμε ανάλογα με τον χρόνο εμφάνισής τους:

Οι πλαστικοί φακοί

• l PMMA/Ακρυλικό:Πολυ(μεθακρυλικό μεθύλιο), πολυμεθακρυλικό μεθύλιο (πλεξιγκλάς, ακρυλικό). Λόγω της χαμηλής τιμής του, της υψηλής διαπερατότητας και της υψηλής μηχανικής αντοχής του, το PMMA είναι το πιο συνηθισμένο υποκατάστατο γυαλιού στη ζωή. Τα περισσότερα διαφανή πλαστικά είναι κατασκευασμένα από PMMA, όπως διαφανή πιάτα, διαφανή κουτάλια και μικρά LED, φακοί κ.λπ. Το PMMA παράγεται μαζικά από τη δεκαετία του 1930.
• Υ.Γ.:Το πολυστυρένιο, πολυστυρένιο, είναι ένα άχρωμο και διαφανές θερμοπλαστικό, καθώς και ένα μηχανικό πλαστικό, του οποίου η μαζική παραγωγή ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930. Πολλά από τα λευκά κουτιά αφρού και τα κουτιά φαγητού που είναι συνηθισμένα στη ζωή μας είναι κατασκευασμένα από υλικά PS.
• Υπολογιστής:Το πολυανθρακικό, πολυανθρακικό, είναι επίσης ένα άχρωμο και διαφανές άμορφο θερμοπλαστικό, και είναι επίσης ένα πλαστικό γενικής χρήσης. Βιομηχανοποιήθηκε μόλις τη δεκαετία του 1960. Η αντοχή σε κρούσεις του υλικού PC είναι πολύ καλή, οι συνήθεις εφαρμογές περιλαμβάνουν κουβάδες διανομέα νερού, γυαλιά κ.λπ.
• l COP & COC:Κυκλικό πολυμερές ολεφίνης (COP), Κυκλικό πολυμερές ολεφίνης· Συμπολυμερές κυκλικής ολεφίνης (COC) Το συμπολυμερές κυκλικής ολεφίνης είναι ένα άμορφο διαφανές πολυμερές υλικό με δακτυλιοειδή δομή, με διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα στον δακτύλιο. Οι κυκλικοί υδρογονάνθρακες παρασκευάζονται από μονομερή κυκλικής ολεφίνης μέσω αυτοπολυμερισμού (COP) ή συμπολυμερισμού (COC) με άλλα μόρια (όπως αιθυλένιο). Τα χαρακτηριστικά του COP και του COC είναι σχεδόν τα ίδια. Αυτό το υλικό είναι σχετικά νέο. Όταν εφευρέθηκε για πρώτη φορά, εξετάστηκε κυρίως για ορισμένες εφαρμογές που σχετίζονται με την οπτική. Τώρα χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες φιλμ, οπτικών φακών, οθονών, ιατρικής (μπουκαλιών συσκευασίας). Το COP ολοκλήρωσε τη βιομηχανική παραγωγή γύρω στο 1990 και το COC ολοκλήρωσε τη βιομηχανική παραγωγή πριν από το 2000.
• l O-PET:Η οπτική πολυεστερική ίνα O-PET κυκλοφόρησε στο εμπόριο στην Οσάκα τη δεκαετία του 2010.

Όταν αναλύουμε ένα οπτικό υλικό, μας ενδιαφέρουν κυρίως οι οπτικές και μηχανικές του ιδιότητες.

Οπτικό pιδιοκτησίες

• Δείκτης Διάθλασης και Διασπορά

Δείκτης διάθλασης και διασπορά

Από αυτό το συνοπτικό διάγραμμα μπορεί να φανεί ότι τα διαφορετικά οπτικά πλαστικά υλικά εμπίπτουν βασικά σε δύο διαστήματα: η μία ομάδα έχει υψηλό δείκτη διάθλασης και υψηλή διασπορά· η άλλη ομάδα έχει χαμηλό δείκτη διάθλασης και χαμηλή διασπορά. Συγκρίνοντας το προαιρετικό εύρος δείκτη διάθλασης και διασποράς των γυάλινων υλικών, θα διαπιστώσουμε ότι το προαιρετικό εύρος δείκτη διάθλασης των πλαστικών υλικών είναι πολύ στενό και όλα τα οπτικά πλαστικά υλικά έχουν σχετικά χαμηλό δείκτη διάθλασης. Γενικά, το εύρος των επιλογών για πλαστικά υλικά είναι στενότερο και υπάρχουν μόνο περίπου 10 έως 20 εμπορικές ποιότητες υλικών, γεγονός που περιορίζει σε μεγάλο βαθμό την ελευθερία του οπτικού σχεδιασμού όσον αφορά τα υλικά.

Ο δείκτης διάθλασης ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος: Ο δείκτης διάθλασης των οπτικών πλαστικών υλικών αυξάνεται με το μήκος κύματος, ο δείκτης διάθλασης μειώνεται ελαφρώς και ο συνολικός του δείκτης είναι σχετικά σταθερός.

Ο δείκτης διάθλασης αλλάζει με τη θερμοκρασία Dn/DT: Ο συντελεστής θερμοκρασίας του δείκτη διάθλασης των οπτικών πλαστικών είναι 6 έως 50 φορές μεγαλύτερος από αυτόν του γυαλιού, που είναι αρνητική τιμή, πράγμα που σημαίνει ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, ο δείκτης διάθλασης μειώνεται. Για παράδειγμα, για μήκος κύματος 546nm, από -20°C έως 40°C, η τιμή dn/dT του πλαστικού υλικού είναι -8 έως -15X10^–5/°C, ενώ αντίθετα, η τιμή του γυάλινου υλικού NBK7 είναι 3X10^–6/°C.

• Διαπερατότητα

Η διαπερατότητα

Αναφερόμενοι σε αυτήν την εικόνα, τα περισσότερα οπτικά πλαστικά έχουν διαπερατότητα μεγαλύτερη από 90% στη ζώνη ορατού φωτός. Έχουν επίσης καλή διαπερατότητα για τις υπέρυθρες ζώνες των 850nm και 940nm, οι οποίες είναι συνηθισμένες στις καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές. Η διαπερατότητα των πλαστικών υλικών μειώνεται επίσης σε κάποιο βαθμό με την πάροδο του χρόνου. Ο κύριος λόγος είναι ότι το πλαστικό απορροφά τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου και η μοριακή αλυσίδα διασπάται για να αποικοδομηθεί και να διασυνδεθεί, με αποτέλεσμα αλλαγές στις φυσικές και χημικές ιδιότητες. Η πιο προφανής μακροσκοπική εκδήλωση είναι το κιτρίνισμα του πλαστικού υλικού.

• Διπλάθυση τάσης

Διάθλαση φακού

Η διπλή διάθλαση λόγω τάσης (Birefringence) είναι μια οπτική ιδιότητα των υλικών. Ο δείκτης διάθλασης των υλικών σχετίζεται με την κατάσταση πόλωσης και την κατεύθυνση διάδοσης του προσπίπτοντος φωτός. Τα υλικά εμφανίζουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης για διαφορετικές καταστάσεις πόλωσης. Για ορισμένα συστήματα, αυτή η απόκλιση του δείκτη διάθλασης είναι πολύ μικρή και δεν έχει μεγάλη επίδραση στο σύστημα, αλλά για ορισμένα ειδικά οπτικά συστήματα, αυτή η απόκλιση είναι αρκετή για να προκαλέσει σοβαρή υποβάθμιση της απόδοσης του συστήματος.

Τα ίδια τα πλαστικά υλικά δεν έχουν ανισότροπα χαρακτηριστικά, αλλά η χύτευση με έγχυση των πλαστικών θα εισαγάγει διπλή διάθλαση τάσης. Ο κύριος λόγος είναι η τάση που εισάγεται κατά τη χύτευση με έγχυση και η διάταξη των πλαστικών μακρομορίων μετά την ψύξη. Η τάση συγκεντρώνεται γενικά κοντά στη θύρα έγχυσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Η γενική αρχή σχεδιασμού και παραγωγής είναι η ελαχιστοποίηση της διπλής διάθλασης λόγω τάσης στο οπτικό ενεργό επίπεδο, κάτι που απαιτεί έναν λογικό σχεδιασμό της δομής του φακού, του καλουπιού χύτευσης με έγχυση και των παραμέτρων παραγωγής. Μεταξύ πολλών υλικών, τα υλικά PC είναι πιο επιρρεπή σε διπλή διάθλαση λόγω τάσης (περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από τα υλικά PMMA), και τα υλικά COP, COC και PMMA έχουν χαμηλότερη διπλή διάθλαση λόγω τάσης.