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

Υπάρχουν διάφοροι τύποι υλικών φακών για πλαστικούς φακούς, όλοι εκ των οποίων είναι ουσιαστικά πλαστικοί (υψηλού μοριακού πολυμερούς). Είναι θερμοπλαστικά, πλαστικά που μαλακώνουν και γίνονται πλαστικά όταν θερμαίνονται, σκληραίνουν όταν ψύχονται και μαλακώνουν όταν θερμαίνονται ξανά. Μια φυσική αλλαγή που προκαλεί μια αναστρέψιμη αλλαγή μεταξύ υγρών και στερεών καταστάσεων χρησιμοποιώντας θέρμανση και ψύξη. Μερικά υλικά εφευρέθηκαν νωρίτερα και μερικά είναι σχετικά νέα. Ορισμένα είναι πλαστικά γενικής χρήσης και ορισμένα υλικά είναι ειδικά ανεπτυγμένα οπτικά πλαστικά υλικά, τα οποία χρησιμοποιούνται πιο συγκεκριμένα σε ορισμένα οπτικά πεδία.

Στον οπτικό σχεδιασμό, μπορεί να δούμε τις ποιότητες υλικών διαφόρων εταιρειών, όπως EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 και ούτω καθεξής. Ανήκουν όλα σε ένα συγκεκριμένο είδος πλαστικού υλικού και οι παρακάτω τύποι είναι πιο συνηθισμένοι και θα τους ταξινομήσουμε ανάλογα με τον χρόνο εμφάνισής τους:

Οι πλαστικοί φακοί

• l PMMA/Ακρυλικό:Πολυ(μεθακρυλικός μεθυλεστέρας), μεθακρυλικός πολυμεθυλεστέρας (πλεξιγκλάς, ακρυλικό). Λόγω της φθηνής τιμής, της υψηλής διαπερατότητας και της υψηλής μηχανικής αντοχής, το PMMA είναι το πιο κοινό υποκατάστατο γυαλιού στη ζωή. Τα περισσότερα από τα διαφανή πλαστικά είναι κατασκευασμένα από PMMA, όπως διαφανή πιάτα, διαφανή κουτάλια και μικρά LED. φακός κλπ. Το PMMA παράγεται μαζικά από τη δεκαετία του 1930.
• ΥΓ:Το πολυστυρένιο, το πολυστυρένιο, είναι ένα άχρωμο και διαφανές θερμοπλαστικό, καθώς και ένα πλαστικό μηχανικής, το οποίο ξεκίνησε τη μαζική παραγωγή τη δεκαετία του 1930. Πολλά από τα λευκά κουτιά αφρού και κουτιά μεσημεριανού γεύματος που είναι κοινά στη ζωή μας είναι κατασκευασμένα από υλικά PS.
• Η/Υ:Το πολυανθρακικό, το πολυανθρακικό, είναι επίσης ένα άχρωμο και διαφανές άμορφο θερμοπλαστικό και είναι επίσης ένα πλαστικό γενικής χρήσης. Βιομηχανοποιήθηκε μόλις τη δεκαετία του 1960. Η αντοχή στην κρούση του υλικού υπολογιστή είναι πολύ καλή, οι κοινές εφαρμογές περιλαμβάνουν κουβάδες διανομής νερού, γυαλιά κ.λπ.
• l COP & COC:Cyclic olefin Polymer (COP), Cyclic olefin polymer; Κυκλικό συμπολυμερές ολεφίνης (COC) Το κυκλικό συμπολυμερές ολεφινών, είναι ένα άμορφο διαφανές πολυμερές υλικό με δομή δακτυλίου, με διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα στον δακτύλιο Οι κυκλικοί υδρογονάνθρακες κατασκευάζονται από μονομερή κυκλικών ολεφινών με αυτο-πολυμερισμό (COP) ή συμπολυμερισμό (COC ) με άλλα μόρια (όπως το αιθυλένιο). Τα χαρακτηριστικά του COP και του COC είναι σχεδόν τα ίδια. Αυτό το υλικό είναι σχετικά νέο. Όταν πρωτοεφευρέθηκε, θεωρήθηκε κυρίως για ορισμένες εφαρμογές σχετικές με την οπτική. Τώρα χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες φιλμ, οπτικών φακών, οθόνης, ιατρικής (μπουκάλι συσκευασίας). Η COP ολοκλήρωσε τη βιομηχανική παραγωγή γύρω στο 1990 και η COC ολοκλήρωσε τη βιομηχανική παραγωγή πριν από το 2000.
• l O-PET:Οπτική πολυεστερική οπτική πολυεστερική ίνα, το O-PET διατέθηκε στο εμπόριο στην Οσάκα τη δεκαετία του 2010.

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

Οπτική σελακίνητα

• Δείκτης Διάθλασης & Διασποράς

Δείκτης διάθλασης και διασπορά

Μπορεί να φανεί από αυτό το συνοπτικό διάγραμμα ότι διαφορετικά οπτικά πλαστικά υλικά εμπίπτουν βασικά σε δύο διαστήματα: η μία ομάδα έχει υψηλό δείκτη διάθλασης και υψηλή διασπορά. η άλλη ομάδα είναι ο χαμηλός δείκτης διάθλασης και η χαμηλή διασπορά. Συγκρίνοντας το προαιρετικό εύρος του δείκτη διάθλασης και της διασποράς των γυάλινων υλικών, θα διαπιστώσουμε ότι το προαιρετικό εύρος του δείκτη διάθλασης των πλαστικών υλικών είναι πολύ στενό και όλα τα οπτικά πλαστικά υλικά έχουν σχετικά χαμηλό δείκτη διάθλασης. Σε γενικές γραμμές, το εύρος 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 είναι σχετικά σταθερός.

Ο δείκτης διάθλασης αλλάζει με τη θερμοκρασία Dn/DT: Ο συντελεστής θερμοκρασίας του δείκτη διάθλασης των οπτικών πλαστικών είναι 6 φορές έως 50 φορές μεγαλύτερος από αυτόν του γυαλιού, που είναι αρνητική τιμή, που σημαίνει ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, ο δείκτης διάθλασης μειώνεται. Για παράδειγμα, για μήκος κύματος 546 nm, -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 Το NBK7 είναι 3Χ10^–6/°C.

• Διαπερατότητα

Η μετάδοση

Αναφερόμενοι σε αυτήν την εικόνα, τα περισσότερα οπτικά πλαστικά έχουν διαπερατότητα μεγαλύτερη από 90% στη ζώνη του ορατού φωτός. Έχουν επίσης καλή μετάδοση για τις ζώνες υπερύθρων των 850nm και 940nm, που είναι κοινές στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Η διαπερατότητα των πλαστικών υλικών θα μειωθεί 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 σπάει για να υποβαθμιστεί και να διασταυρωθεί, με αποτέλεσμα αλλαγές στις φυσικές και χημικές ιδιότητες. Η πιο εμφανής μακροσκοπική εκδήλωση είναι το κιτρίνισμα του πλαστικού υλικού.

• Δισδιάσπαση στρες

Διάθλαση φακού

Η διπλή διάθλαση καταπόνησης (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 παρουσιάζουν 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 πλαστικά υλικά από μόνα τους δεν έχουν ανισότροπα χαρακτηριστικά, αλλά η χύτευση με έγχυση πλαστικών θα εισαγάγει διπλή διάθλαση των τάσεων. Ο κύριος λόγος είναι η πίεση που εισάγεται κατά τη χύτευση με έγχυση και η διάταξη των πλαστικών μακρομορίων μετά την ψύξη. Η τάση γενικά συγκεντρώνεται κοντά στη θύρα έγχυσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

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