Plastični materijali i injekcijsko prešanje osnova su za minijaturizirane leće. Struktura plastične leće uključuje materijal leće, cijev leće, nosač leće, odstojnik, foliju za sjenčanje, materijal tlačnog prstena itd.

Postoji nekoliko vrsta materijala za plastične leće, a svi su u biti plastika (visokomolekularni polimer). To su termoplasti, plastike koje omekšavaju i postaju plastične kada se zagrijavaju, stvrdnjavaju se kada se hlade i omekšavaju kada se ponovno zagrijavaju. Fizička promjena koja proizvodi reverzibilnu promjenu između tekućeg i krutog stanja korištenjem zagrijavanja i hlađenja. Neki materijali su izumljeni ranije, a neki su relativno novi. Neki su plastika opće namjene, a neki materijali su posebno razvijeni optički plastični materijali, koji se specifičnije koriste u nekim optičkim područjima.

U optičkom dizajnu možemo vidjeti vrste materijala različitih tvrtki, kao što su EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 i tako dalje. Svi oni pripadaju određenoj vrsti plastičnog materijala, a sljedeće vrste su češće i sortirat ćemo ih prema vremenu pojavljivanja:

Plastične leće

• l PMMA/akril:Poli(metil metakrilat), polimetil metakrilat (pleksiglas, akril). Zbog niske cijene, visoke propusnosti svjetlosti i visoke mehaničke čvrstoće, PMMA je najčešća zamjena za staklo u životu. Većina prozirnih plastika izrađena je od PMMA-e, kao što su prozirni tanjuri, prozirne žlice i male LED diode, leće itd. PMMA se masovno proizvodi od 1930-ih.
• P.S:Polistiren, polistiren, je bezbojna i prozirna termoplastika, kao i inženjerska plastika, čija je masovna proizvodnja započela 1930-ih. Mnoge bijele pjenaste kutije i kutije za ručak koje su uobičajene u našim životima izrađene su od PS materijala.
• PC:Polikarbonat, polikarbonat, također je bezbojni i prozirni amorfni termoplast, a ujedno je i plastika opće namjene. Industrijaliziran je tek 1960-ih. Otpornost PC materijala na udarce je vrlo dobra, uobičajene primjene uključuju kante za vodu, zaštitne naočale itd.
• l COP i COC:Ciklički olefinski polimer (COP), ciklički olefinski polimer; Ciklički olefinski kopolimer (COC) Ciklički olefinski kopolimer je amorfni prozirni polimerni materijal s prstenastom strukturom, s dvostrukim ugljik-ugljik vezama u prstenu. Ciklički ugljikovodici nastaju od cikličkih olefinskih monomera samopolimerizacijom (COP) ili kopolimerizacijom (COC) s drugim molekulama (kao što je etilen). Karakteristike COP-a i COC-a gotovo su iste. Ovaj materijal je relativno nov. Kada je prvi put izumljen, uglavnom se razmatrao za neke optičke primjene. Sada se široko koristi u industriji filmova, optičkih leća, zaslona, ​​medicinske industrije (ambalaža boca). COP je završio industrijsku proizvodnju oko 1990., a COC prije 2000.
• l O-PET:Optičko poliestersko optičko poliestersko vlakno, O-PET, komercijalizirano je u Osaki 2010-ih.

Prilikom analize optičkog materijala, prvenstveno nas zanimaju njihova optička i mehanička svojstva.

Optički pimovine

• Indeks loma i disperzija

Indeks loma i disperzija

Iz ovog sažetog dijagrama može se vidjeti da različiti optički plastični materijali u osnovi spadaju u dva intervala: jedna skupina je visokog indeksa loma i visoke disperzije; druga skupina je niskog indeksa loma i niske disperzije. Uspoređujući opcionalni raspon indeksa loma i disperzije staklenih materijala, vidjet ćemo da je opcionalni raspon indeksa loma plastičnih materijala vrlo uzak, a svi optički plastični materijali imaju relativno nizak indeks loma. Općenito govoreći, raspon opcija za plastične materijale je uži i postoji samo oko 10 do 20 komercijalnih vrsta materijala, što uvelike ograničava slobodu optičkog dizajna u smislu materijala.

Indeks loma varira s valnom duljinom: Indeks loma optičkih plastičnih materijala povećava se s valnom duljinom, indeks loma se neznatno smanjuje, a ukupno je relativno stabilan.

Indeks loma mijenja se s temperaturom Dn/DT: Temperaturni koeficijent indeksa loma optičkih plastika je 6 do 50 puta veći od onog kod stakla, što je negativna vrijednost, što znači da se s porastom temperature indeks loma smanjuje. Na primjer, za valnu duljinu od 546 nm, od -20°C do 40°C, vrijednost dn/dT plastičnog materijala je -8 do -15X10^–5/°C, dok je nasuprot tome vrijednost staklenog materijala NBK7 3X10^–6/°C.

• Transmitancija

Transmitancija

Gledajući ovu sliku, većina optičkih plastika ima propusnost veću od 90% u vidljivom svjetlosnom pojasu; također imaju dobru propusnost za infracrvene pojaseve od 850 nm i 940 nm, koji su uobičajeni u potrošačkoj elektronici. Propusnost plastičnih materijala također će se s vremenom do određene mjere smanjiti. Glavni razlog je taj što plastika apsorbira ultraljubičaste zrake na suncu, a molekularni lanac se prekida, degradira i umrežava, što rezultira promjenama u fizikalnim i kemijskim svojstvima. Najočitija makroskopska manifestacija je žutilo plastičnog materijala.

• Dvolom stresa

Refrakcija leće

Dvolom naprezanja (Birefringence) je optičko svojstvo materijala. Indeks loma materijala povezan je sa stanjem polarizacije i smjerom širenja upadne svjetlosti. Materijali pokazuju različite indekse loma za različita stanja polarizacije. Za neke sustave, ovo odstupanje indeksa loma je vrlo malo i nema veliki utjecaj na sustav, ali za neke posebne optičke sustave, ovo odstupanje je dovoljno da uzrokuje ozbiljno smanjenje performansi sustava.

Sami plastični materijali nemaju anizotropna svojstva, ali injekcijsko prešanje plastike uvest će dvolom naprezanja. Glavni razlog je naprezanje koje se unosi tijekom injekcijskog prešanja i raspored plastičnih makromolekula nakon hlađenja. Naprezanje je općenito koncentrirano u blizini otvora za ubrizgavanje, kao što je prikazano na donjoj slici.

Opći princip dizajna i proizvodnje je minimiziranje dvoloma naprezanja u optički efektivnoj ravnini, što zahtijeva razuman dizajn strukture leće, kalupa za injekcijsko prešanje i proizvodnih parametara. Među nekoliko materijala, PC materijali su skloniji dvolomu naprezanja (oko 10 puta većem od PMMA materijala), a COP, COC i PMMA materijali imaju niži dvolom naprezanja.