Les matières plastiques et le moulage par injection constituent la base des lentilles miniaturisées. La structure de la lentille en plastique comprend le matériau de la lentille, le barillet d'objectif, la monture d'objectif, l'entretoise, la feuille d'ombrage, le matériau de l'anneau de pression, etc.

Il existe plusieurs types de matériaux pour lentilles en plastique, tous essentiellement en plastique (polymère de haut poids moléculaire). Ce sont des thermoplastiques, des plastiques qui ramollissent et deviennent plastiques lorsqu'ils sont chauffés, durcissent lorsqu'ils refroidissent et se ramollissent lorsqu'ils sont à nouveau chauffés. Changement physique qui produit un changement réversible entre les états liquide et solide en utilisant le chauffage et le refroidissement. Certains matériaux ont été inventés plus tôt et d’autres sont relativement nouveaux. Certains sont des plastiques d'application générale, et certains matériaux sont des matériaux plastiques optiques spécialement développés, qui sont plus spécifiquement utilisés dans certains domaines optiques.

Dans la conception optique, nous pouvons voir les qualités de matériaux de diverses sociétés, telles que EP8000, K26R, APL5015, OKP-1, etc. Ils appartiennent tous à un certain type de matière plastique, et les types suivants sont plus courants, et nous les trierons en fonction de leur temps d'apparition :

Les lentilles en plastique

• l PMMA/Acrylique :Poly(méthacrylate de méthyle), polyméthacrylate de méthyle (plexiglas, acrylique). En raison de son prix bon marché, de sa transmission élevée et de sa résistance mécanique élevée, le PMMA est le substitut de verre le plus courant dans la vie. La plupart des plastiques transparents sont en PMMA, comme les assiettes transparentes, les cuillères transparentes et les petites LED. lentilles, etc. Le PMMA est produit en masse depuis les années 1930.
• PS :Le polystyrène, le polystyrène, est un thermoplastique incolore et transparent, ainsi qu'un plastique technique, dont la production en série a commencé dans les années 1930. La plupart des boîtes en mousse blanche et des boîtes à lunch courantes dans nos vies sont fabriquées à partir de matériaux PS.
• PC :Le polycarbonate, polycarbonate, est également un thermoplastique amorphe incolore et transparent, et c'est aussi un plastique à usage général. Elle n’a été industrialisée que dans les années 1960. La résistance aux chocs du matériau PC est très bonne, les applications courantes incluent les seaux de distributeurs d'eau, les lunettes, etc.
• lCOP & COC :Polymère d'oléfine cyclique (COP), polymère d'oléfine cyclique ; Copolymère d'oléfine cyclique (COC) Le copolymère d'oléfine cyclique est un matériau polymère transparent amorphe avec une structure cyclique, avec des doubles liaisons carbone-carbone dans le cycle. Les hydrocarbures cycliques sont fabriqués à partir de monomères d'oléfines cycliques par autopolymérisation (COP) ou copolymérisation (COC). ) avec d'autres molécules (comme l'éthylène). Les caractéristiques du COP et du COC sont presque les mêmes. Ce matériau est relativement nouveau. Lorsqu’il a été inventé, il était principalement envisagé pour certaines applications liées à l’optique. Il est désormais largement utilisé dans les industries du film, des lentilles optiques, de l'affichage et du médical (bouteilles d'emballage). COP a terminé la production industrielle vers 1990 et COC a terminé la production industrielle avant 2000.
• l O-PET :Fibre de polyester optique en polyester optique, l'O-PET a été commercialisée à Osaka dans les années 2010.

Lors de l’analyse d’un matériau optique, nous nous intéressons principalement à ses propriétés optiques et mécaniques.

Optique ppropriétés

• Indice de réfraction et dispersion

Indice de réfraction et dispersion

Ce diagramme récapitulatif montre que différents matériaux plastiques optiques se répartissent essentiellement en deux intervalles : un groupe est à indice de réfraction élevé et à dispersion élevée ; l'autre groupe est à faible indice de réfraction et à faible dispersion. En comparant la plage facultative d'indice de réfraction et la dispersion des matériaux en verre, nous constaterons que la plage facultative d'indice de réfraction des matières plastiques est très étroite et que tous les matériaux plastiques optiques ont un indice de réfraction relativement faible. D'une manière générale, la gamme d'options pour les matériaux plastiques est plus étroite et il n'existe qu'environ 10 à 20 qualités de matériaux commerciaux, ce qui limite largement la liberté de conception optique en termes de matériaux.

L'indice de réfraction varie avec la longueur d'onde : l'indice de réfraction des matériaux plastiques optiques augmente avec la longueur d'onde, l'indice de réfraction diminue légèrement et l'ensemble est relativement stable.

L'indice de réfraction change avec la température Dn/DT : Le coefficient de température de l'indice de réfraction des plastiques optiques est 6 fois à 50 fois plus grand que celui du verre, ce qui est une valeur négative, ce qui signifie qu'à mesure que la température augmente, l'indice de réfraction diminue. Par exemple, pour une longueur d'onde de 546 nm, de -20°C à 40°C, la valeur dn/dT du matériau plastique est de -8 à -15X10^–5/°C, alors qu'en revanche, la valeur du matériau verre NBK7 est 3X10^–6/°C.

• Transmission

La transmission

En se référant à cette image, la plupart des plastiques optiques ont une transmission de plus de 90 % dans la bande de lumière visible ; ils ont également une bonne transmission pour les bandes infrarouges de 850 nm et 940 nm, courantes dans l’électronique grand public. La transmission des matières plastiques diminuera également dans une certaine mesure avec le temps. La raison principale est que le plastique absorbe les rayons ultraviolets du soleil et que la chaîne moléculaire se brise pour se dégrader et se réticuler, entraînant des modifications des propriétés physiques et chimiques. La manifestation macroscopique la plus évidente est le jaunissement de la matière plastique.

• Biréfringence de contrainte

Réfraction de la lentille

La biréfringence sous contrainte (Biréfringence) est une propriété optique des matériaux. L'indice de réfraction des matériaux est lié à l'état de polarisation et à la direction de propagation de la lumière incidente. Les matériaux présentent différents indices de réfraction pour différents états de polarisation. Pour certains systèmes, cet écart d'indice de réfraction est très faible et n'a pas un grand impact sur le système, mais pour certains systèmes optiques spéciaux, cet écart est suffisant pour provoquer une grave dégradation des performances du système.

Les matériaux plastiques eux-mêmes n'ont pas de caractéristiques anisotropes, mais le moulage par injection des plastiques introduira une biréfringence sous contrainte. La raison principale est la contrainte introduite lors du moulage par injection et la disposition des macromolécules plastiques après refroidissement. La contrainte est généralement concentrée près de l'orifice d'injection, comme le montre la figure ci-dessous.

Le principe général de conception et de production consiste à minimiser la biréfringence des contraintes dans le plan optique efficace, ce qui nécessite une conception raisonnable de la structure de la lentille, du moule de moulage par injection et des paramètres de production. Parmi plusieurs matériaux, les matériaux PC sont plus sujets à la biréfringence sous contrainte (environ 10 fois plus grande que les matériaux PMMA), et les matériaux COP, COC et PMMA ont une biréfringence sous contrainte plus faible.