I materiali plastici e lo stampaggio a iniezione sono alla base delle lenti miniaturizzate. La struttura della lente in plastica include il materiale della lente, il corpo della lente, l'attacco della lente, il distanziatore, la piastra di schermatura, il materiale dell'anello di pressione, ecc.

Esistono diversi tipi di materiali per lenti in plastica, tutti essenzialmente plastici (polimeri ad alto peso molecolare). Sono termoplastici, ovvero plastiche che si ammorbidiscono e diventano plastiche quando riscaldate, si induriscono quando raffreddate e si ammorbidiscono nuovamente quando riscaldate. Si tratta di una trasformazione fisica che produce un passaggio reversibile dallo stato liquido a quello solido mediante riscaldamento e raffreddamento. Alcuni materiali sono stati inventati in precedenza, mentre altri sono relativamente nuovi. Alcuni sono plastiche per applicazioni generiche, mentre altri sono materiali plastici ottici appositamente sviluppati, utilizzati più specificamente in alcuni campi dell'ottica.

Nella progettazione ottica, possiamo vedere le qualità dei materiali di varie aziende, come EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 e così via. Appartengono tutti a un determinato tipo di materiale plastico e i seguenti tipi sono i più comuni e li classificheremo in base al periodo di comparsa:

Le lenti di plastica

• l PMMA/Acrilico:Poli(metilmetacrilato), polimetilmetacrilato (plexiglass, acrilico). Grazie al suo prezzo contenuto, all'elevata trasmittanza e all'elevata resistenza meccanica, il PMMA è il sostituto del vetro più comune nella vita quotidiana. La maggior parte delle materie plastiche trasparenti è realizzata in PMMA, come lastre trasparenti, cucchiai trasparenti e piccoli LED, lenti ecc. Il PMMA è prodotto in serie fin dagli anni '30.
• PS:Il polistirene è un materiale termoplastico incolore e trasparente, nonché una plastica tecnica, la cui produzione in serie è iniziata negli anni '30. Molte delle scatole di polistirolo bianco e dei contenitori per il pranzo che sono comuni nelle nostre vite sono realizzati in materiali PS.
• PC:Il policarbonato è un materiale termoplastico amorfo, incolore e trasparente, utilizzato anche come materiale plastico per uso generale. È stato industrializzato solo negli anni '60. La resistenza agli urti del policarbonato è molto buona e le applicazioni più comuni includono secchi per distributori d'acqua, occhiali protettivi, ecc.
• l COP e COC:Polimero di olefina ciclica (COP), polimero di olefina ciclica; copolimero di olefina ciclica (COC) Il copolimero di olefina ciclica è un materiale polimerico amorfo trasparente con una struttura ad anello, con doppi legami carbonio-carbonio nell'anello. Gli idrocarburi ciclici sono prodotti da monomeri di olefina ciclica mediante autopolimerizzazione (COP) o copolimerizzazione (COC) con altre molecole (come l'etilene). Le caratteristiche di COP e COC sono pressoché le stesse. Questo materiale è relativamente nuovo. Quando fu inventato per la prima volta, era principalmente considerato per alcune applicazioni ottiche. Ora è ampiamente utilizzato nei settori delle pellicole, delle lenti ottiche, dei display e della medicina (flaconi per imballaggio). Il COP ha completato la produzione industriale intorno al 1990, mentre il COC ha completato la produzione industriale prima del 2000.
• l O-PET:La fibra di poliestere ottica, O-PET, è stata commercializzata a Osaka negli anni 2010.

Quando si analizza un materiale ottico, ci si interessa principalmente alle sue proprietà ottiche e meccaniche.

Ottica pcorderie

• Indice di rifrazione e dispersione

Indice di rifrazione e dispersione

Da questo diagramma riassuntivo si può osservare che i diversi materiali plastici ottici rientrano sostanzialmente in due gruppi: un gruppo è quello ad alto indice di rifrazione e alta dispersione; l'altro gruppo è quello a basso indice di rifrazione e bassa dispersione. Confrontando l'intervallo opzionale di indice di rifrazione e dispersione dei materiali in vetro, scopriremo che l'intervallo opzionale di indice di rifrazione dei materiali plastici è molto ristretto e tutti i materiali plastici ottici hanno un indice di rifrazione relativamente basso. In generale, la gamma di opzioni per i materiali plastici è più ristretta e ci sono solo circa 10-20 gradi di materiali commerciali, il che limita notevolmente la libertà di progettazione ottica in termini di materiali.

L'indice di rifrazione varia con la lunghezza d'onda: l'indice di rifrazione dei materiali plastici ottici aumenta con la lunghezza d'onda, l'indice di rifrazione diminuisce leggermente e nel complesso è relativamente stabile.

L'indice di rifrazione varia con la temperatura Dn/DT: il coefficiente di temperatura dell'indice di rifrazione delle plastiche ottiche è da 6 a 50 volte maggiore di quello del vetro, che è un valore negativo, il che significa che all'aumentare della temperatura, l'indice di rifrazione diminuisce. Ad esempio, per una lunghezza d'onda di 546 nm, da -20 °C a 40 °C, il valore dn/dT del materiale plastico è compreso tra -8 e -15 x 10⁻ ...

• Trasmittanza

La trasmittanza

Facendo riferimento a questa immagine, la maggior parte delle plastiche ottiche ha una trasmittanza superiore al 90% nella banda della luce visibile; hanno anche una buona trasmittanza per le bande infrarosse di 850 nm e 940 nm, comuni nell'elettronica di consumo. Anche la trasmittanza dei materiali plastici diminuisce in una certa misura con il tempo. Il motivo principale è che la plastica assorbe i raggi ultravioletti del sole e la catena molecolare si rompe degradandosi e reticolandosi, con conseguenti alterazioni delle proprietà fisiche e chimiche. La manifestazione macroscopica più evidente è l'ingiallimento del materiale plastico.

• Birifrangenza da stress

Rifrazione della lente

La birifrangenza da stress (birifrangenza) è una proprietà ottica dei materiali. L'indice di rifrazione dei materiali è correlato allo stato di polarizzazione e alla direzione di propagazione della luce incidente. I materiali presentano indici di rifrazione diversi per diversi stati di polarizzazione. Per alcuni sistemi, questa deviazione dell'indice di rifrazione è molto piccola e non ha un impatto significativo sul sistema, ma per alcuni sistemi ottici speciali, questa deviazione è sufficiente a causare un grave degrado delle prestazioni del sistema.

I materiali plastici di per sé non hanno caratteristiche anisotrope, ma lo stampaggio a iniezione di materie plastiche introduce una birifrangenza da stress. La causa principale è lo stress introdotto durante lo stampaggio a iniezione e la disposizione delle macromolecole plastiche dopo il raffreddamento. Lo stress è generalmente concentrato in prossimità della porta di iniezione, come mostrato nella figura seguente.

Il principio generale di progettazione e produzione è quello di ridurre al minimo la birifrangenza da stress nel piano ottico efficace, il che richiede una progettazione ragionevole della struttura della lente, dello stampo per stampaggio a iniezione e dei parametri di produzione. Tra i diversi materiali, i materiali in policarbonato sono più inclini alla birifrangenza da stress (circa 10 volte maggiore rispetto ai materiali in PMMA), mentre i materiali in COP, COC e PMMA presentano una birifrangenza da stress inferiore.