Los materiales plásticos y el moldeo por inyección son la base de las lentes miniaturizadas. La estructura de la lente de plástico incluye el material, el cuerpo, la montura, el espaciador, la lámina de sombreado, el material del anillo de presión, etc.

Existen varios tipos de materiales para lentes de plástico, todos ellos esencialmente plásticos (polímeros de alto peso molecular). Son termoplásticos, plásticos que se ablandan y se transforman en plástico al calentarse, se endurecen al enfriarse y se ablandan al calentarse de nuevo. Este es un cambio físico que produce una transición reversible entre el estado líquido y el sólido mediante calentamiento y enfriamiento. Algunos materiales se inventaron anteriormente y otros son relativamente nuevos. Algunos son plásticos de uso general, y otros son plásticos ópticos especialmente desarrollados, que se utilizan más específicamente en ciertos campos ópticos.

En el diseño óptico, podemos observar los grados de materiales de diversas empresas, como EP8000, K26R, APL5015, OKP-1, etc. Todos pertenecen a un tipo específico de material plástico, siendo los siguientes los más comunes, que clasificaremos según su tiempo de aparición:

Las lentes de plástico

• l PMMA/Acrílico:Poli(metacrilato de metilo), polimetilmetacrilato (plexiglás, acrílico). Debido a su bajo precio, alta transmitancia y alta resistencia mecánica, el PMMA es el sustituto más común del vidrio. La mayoría de los plásticos transparentes están hechos de PMMA, como placas transparentes, cucharas transparentes, pequeños LED, lentes, etc. El PMMA se produce en masa desde la década de 1930.
• PD:El poliestireno, poliestireno, es un termoplástico incoloro y transparente, así como un plástico de ingeniería, que comenzó a producirse en masa en la década de 1930. Muchas de las cajas de espuma blanca y las loncheras que son comunes en nuestras vidas están hechas de materiales de PS.
• ORDENADOR PERSONAL:El policarbonato es un termoplástico amorfo, incoloro y transparente, y un plástico de uso general. Su industrialización se produjo en la década de 1960. Su resistencia al impacto es muy buena; sus aplicaciones comunes incluyen cubos dispensadores de agua, gafas protectoras, etc.
• l COP y COC:Polímero de olefina cíclica (COP), polímero de olefina cíclica; copolímero de olefina cíclica (COC) El copolímero de olefina cíclica es un material polimérico transparente amorfo con una estructura de anillo, con dobles enlaces carbono-carbono en el anillo. Los hidrocarburos cíclicos están hechos de monómeros de olefina cíclica por autopolimerización (COP) o copolimerización (COC) con otras moléculas (como el etileno). Las características del COP y el COC son casi las mismas. Este material es relativamente nuevo. Cuando se inventó por primera vez, se consideró principalmente para algunas aplicaciones relacionadas con la óptica. Ahora se usa ampliamente en las industrias de películas, lentes ópticas, pantallas y médicas (envases de botellas). El COP completó la producción industrial alrededor de 1990, y el COC completó la producción industrial antes del 2000.
• l O-PET:La fibra de poliéster óptico, O-PET, se comercializó en Osaka en la década de 2010.

Al analizar un material óptico, nos preocupamos principalmente de sus propiedades ópticas y mecánicas.

Óptica ppropiedades

• Índice de refracción y dispersión

Índice de refracción y dispersión

Este diagrama resumen muestra que los diferentes materiales plásticos ópticos se dividen básicamente en dos grupos: uno con alto índice de refracción y alta dispersión; el otro con bajo índice de refracción y baja dispersión. Al comparar el rango de índice de refracción y dispersión de los materiales de vidrio, se observa que el rango de índice de refracción de los materiales plásticos es muy reducido, y todos los materiales plásticos ópticos tienen un índice de refracción relativamente bajo. En general, la gama de opciones para los materiales plásticos es más limitada, y solo existen entre 10 y 20 grados comerciales de materiales, lo que limita considerablemente la libertad de diseño óptico en cuanto a materiales.

El índice de refracción varía con la longitud de onda: el índice de refracción de los materiales plásticos ópticos aumenta con la longitud de onda, el índice de refracción disminuye ligeramente y, en general, es relativamente estable.

El índice de refracción varía con la temperatura (Dn/DT): El coeficiente de temperatura del índice de refracción de los plásticos ópticos es de 6 a 50 veces mayor que el del vidrio, lo cual es un valor negativo, lo que significa que, al aumentar la temperatura, el índice de refracción disminuye. Por ejemplo, para una longitud de onda de 546 nm y una temperatura de -20 °C a 40 °C, el valor dn/dT del material plástico es de -8 a -15 x 10^–5/°C, mientras que, en cambio, el valor del vidrio NBK7 es de 3 x 10^–6/°C.

• Transmitancia

La transmitancia

En referencia a esta imagen, la mayoría de los plásticos ópticos tienen una transmitancia superior al 90% en la banda de luz visible; también presentan una buena transmitancia en las bandas infrarrojas de 850 nm y 940 nm, comunes en la electrónica de consumo. La transmitancia de los materiales plásticos también disminuye con el tiempo. La razón principal es que el plástico absorbe los rayos ultravioleta del sol, y la cadena molecular se rompe, degradándose y reticulándose, lo que provoca cambios en las propiedades físicas y químicas. La manifestación macroscópica más evidente es el amarilleamiento del material plástico.

• Birrefringencia por estrés

Refracción de la lente

La birrefringencia por tensión es una propiedad óptica de los materiales. El índice de refracción de los materiales está relacionado con el estado de polarización y la dirección de propagación de la luz incidente. Los materiales presentan diferentes índices de refracción según el estado de polarización. En algunos sistemas, esta desviación del índice de refracción es muy pequeña y no tiene un gran impacto en el sistema; sin embargo, en algunos sistemas ópticos especiales, esta desviación es suficiente para causar una degradación grave del rendimiento del sistema.

Los materiales plásticos en sí no presentan características anisotrópicas, pero el moldeo por inyección de plásticos introduce birrefringencia por tensión. La razón principal es la tensión introducida durante el moldeo por inyección y la disposición de las macromoléculas del plástico tras el enfriamiento. La tensión generalmente se concentra cerca del puerto de inyección, como se muestra en la figura siguiente.

El principio general de diseño y producción consiste en minimizar la birrefringencia por tensión en el plano óptico efectivo, lo que requiere un diseño razonable de la estructura de la lente, el molde de inyección y los parámetros de producción. Entre varios materiales, los de PC son más propensos a la birrefringencia por tensión (aproximadamente 10 veces mayor que los de PMMA), mientras que los de COP, COC y PMMA presentan una menor birrefringencia por tensión.