Le materie plastiche e lo stampaggio a iniezione sono la base per le lenti miniaturizzate. La struttura della lente in plastica comprende il materiale della lente, il barilotto dell'obiettivo, l'attacco dell'obiettivo, il distanziatore, il foglio di ombreggiatura, il materiale dell'anello di pressione, ecc.

Esistono diversi tipi di materiali per lenti in plastica, tutti essenzialmente di plastica (polimero ad alto peso molecolare). Sono materiali termoplastici, plastiche che si ammorbidiscono e diventano plastiche se riscaldate, si induriscono se raffreddate e si ammorbidiscono se riscaldate nuovamente. Un cambiamento fisico che produce un cambiamento reversibile tra lo stato liquido e quello solido utilizzando il riscaldamento e il raffreddamento. Alcuni materiali sono stati inventati prima mentre altri sono relativamente nuovi. Alcuni sono plastiche per applicazioni generiche e alcuni materiali sono materiali plastici ottici appositamente sviluppati, che vengono utilizzati più specificatamente in alcuni campi ottici.

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

Le lenti in plastica

• l PMMA/acrilico:Poli(metilmetacrilato), polimetilmetacrilato (plexiglass, acrilico). Grazie al suo prezzo economico, all’elevata trasmittanza e all’elevata resistenza meccanica, il PMMA è il sostituto del vetro più comune nella vita. La maggior parte della plastica trasparente è realizzata in PMMA, come piatti trasparenti, cucchiai trasparenti e piccoli LED. lente ecc. Il PMMA è stato prodotto in serie dagli anni '30.
• PS:Il polistirene, il polistirene, è un materiale termoplastico incolore e trasparente, nonché un tecnopolimero, la cui produzione in serie iniziò negli anni '30. Molte delle scatole in schiuma bianca e dei contenitori per il pranzo comuni nelle nostre vite sono realizzate con materiali PS.
• PC:Il policarbonato, il policarbonato, è anche un materiale termoplastico amorfo incolore e trasparente, ed è anche una plastica per uso generale. È stato industrializzato solo negli anni '60. La resistenza agli urti del materiale PC è molto buona, le applicazioni comuni includono secchi per distributori d'acqua, occhiali protettivi, ecc.
• lCOP e COC:Polimero olefinico ciclico (COP), polimero olefinico ciclico; Copolimero olefinico ciclico (COC) Il copolimero olefinico ciclico è un materiale polimerico amorfo trasparente con una struttura ad anello, con doppi legami carbonio-carbonio nell'anello Gli idrocarburi ciclici sono costituiti da monomeri olefinici ciclici mediante autopolimerizzazione (COP) o copolimerizzazione (COC ) con altre molecole (come l'etilene). Le caratteristiche di COP e COC sono quasi le stesse. Questo materiale è relativamente nuovo. Quando fu inventato per la prima volta, fu considerato principalmente per alcune applicazioni legate all'ottica. Ora è ampiamente utilizzato nelle industrie di pellicole, lenti ottiche, display e applicazioni mediche (bottiglie da imballaggio). COP ha completato la produzione industriale intorno al 1990 e COC ha completato la produzione industriale prima del 2000.
• lO-PET:Fibra di poliestere ottica in poliestere ottico, O-PET è stata commercializzata a Osaka negli anni 2010.

Quando analizziamo un materiale ottico, ci preoccupiamo principalmente delle sue proprietà ottiche e meccaniche.

Ottico pagcorde

• Indice di rifrazione e dispersione

Indice di rifrazione e dispersione

Da questo diagramma riassuntivo si può vedere che i diversi materiali plastici ottici ricadono fondamentalmente in due intervalli: un gruppo è ad alto indice di rifrazione e ad alta dispersione; l'altro gruppo ha un basso indice di rifrazione e una bassa dispersione. Confrontando l'intervallo opzionale dell'indice di rifrazione e della dispersione dei materiali di vetro, scopriremo che l'intervallo opzionale dell'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 qualità di materiali commerciali, il che limita ampiamente 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 cambia 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 da -8 a -15X10^–5/°C, mentre al contrario, il valore del materiale di vetro NBK7 è 3X10^–6/°C.

• Trasmittanza

La trasmittanza

Facendo riferimento a questa immagine, la maggior parte delle plastiche ottiche hanno 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 diminuirà 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 cambiamenti nelle proprietà fisiche e chimiche. La manifestazione macroscopica più evidente è l'ingiallimento del materiale plastico.

• Birifrangenza dello 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 mostrano diversi indici di rifrazione per diversi stati di polarizzazione. Per alcuni sistemi, questa deviazione dell'indice di rifrazione è molto piccola e non ha un grande impatto sul sistema, ma per alcuni sistemi ottici speciali, questa deviazione è sufficiente a causare un grave degrado delle prestazioni del sistema.

I materiali plastici stessi non hanno caratteristiche anisotrope, ma lo stampaggio a iniezione della plastica introduce birifrangenza da stress. Il motivo principale è lo stress introdotto durante lo stampaggio ad 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 dello 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 PC sono più inclini alla birifrangenza da stress (circa 10 volte maggiore dei materiali PMMA) e i materiali COP, COC e PMMA hanno una birifrangenza da stress inferiore.