プラスチック材料と射出成形は、小型レンズの基礎です。プラスチックレンズの構造は、レンズ材料、鏡筒、レンズマウント、スペーサー、遮光シート、加圧リング材料などから構成されています。

プラスチックレンズのレンズ材料にはいくつかの種類がありますが、いずれも本質的にはプラスチック（高分子ポリマー）です。熱可塑性プラスチック、つまり加熱すると軟化して可塑性となり、冷却すると硬化し、再び加熱すると軟化します。加熱と冷却によって液体と固体の間で可逆的な変化を起こす物理的変化です。古くから発明されている材料もあれば、比較的新しい材料もあります。汎用的な用途のプラスチックもあれば、特定の光学分野に特化した光学プラスチック材料もあります。

光学設計では、EP8000、K26R、APL5015、OKP-1など、様々なメーカーの材料グレードを目にすることがあります。これらはすべて特定の種類のプラスチック材料に属しており、以下の種類がより一般的です。ここでは、登場時期順に分類します。

プラスチックレンズ

• l PMMA/アクリル:ポリ（メチルメタクリレート）、ポリメチルメタクリレート（プレキシガラス、アクリル）。PMMAは、価格が安く、透過率が高く、機械的強度も高いため、日常生活で最も一般的なガラス代替品です。透明プレート、透明スプーン、小型LED、レンズなど、透明プラスチックのほとんどはPMMAで作られています。PMMAは1930年代から大量生産されています。
• 追伸:ポリスチレン（ポリスチレン）は、無色透明の熱可塑性プラスチックであり、エンジニアリングプラスチックでもあります。1930年代に大量生産が開始されました。私たちの生活に身近な白い発泡スチロール製の箱や弁当箱の多くは、PS素材で作られています。
• パソコン:ポリカーボネート（PC）も無色透明の非晶質熱可塑性プラスチックで、汎用プラスチックです。工業化されたのは1960年代になってからです。PC素材は耐衝撃性に優れており、給水バケツやゴーグルなどの用途で広く使用されています。
• COPとCOC:環状オレフィンポリマー（COP）、環状オレフィンポリマー; 環状オレフィンコポリマー（COC）環状オレフィンコポリマーは、環構造を持ち、環内に炭素-炭素二重結合を持つ非晶質の透明ポリマー材料です。環状炭化水素は、環状オレフィンモノマーから自己重合（COP）または他の分子（エチレンなど）との共重合（COC）によって作られています。COPとCOCの特性はほぼ同じです。この材料は比較的新しいです。最初に発明されたとき、それは主にいくつかの光学関連の用途のために考えられていました。現在では、フィルム、光学レンズ、ディスプレイ、医療（包装ボトル）業界で広く使用されています。COPは1990年頃に工業生産を完了し、COCは2000年以前に工業生産を完了しました。
• l O-PET:光学ポリエステル光ファイバーO-PETは2010年代に大阪で商品化されました。

光学材料を分析する場合、主にその光学的特性と機械的特性に注目します。

光学p特性

• 屈折率と分散

屈折率と分散

この概略図からわかるように、様々な光学プラスチック材料は基本的に2つの範囲に分類されます。1つは高屈折率・高分散のグループ、もう1つは低屈折率・低分散のグループです。ガラス材料の屈折率と分散の選択肢の範囲を比較すると、プラスチック材料の屈折率の選択肢の範囲は非常に狭く、すべての光学プラスチック材料は比較的低い屈折率を持っています。一般的に、プラスチック材料の選択肢の範囲は狭く、市販されている材料グレードは10～20種類程度しかなく、材料による光学設計の自由度が大きく制限されています。

屈折率は波長によって変化します。光学プラスチック材料の屈折率は波長とともに増加し、屈折率はわずかに減少し、全体的には比較的安定しています。

屈折率は温度によって変化します（Dn/DT）：光学プラスチックの屈折率の温度係数はガラスの6倍から50倍で、負の値を示します。つまり、温度が上昇すると屈折率は低下します。例えば、波長546nm、-20℃から40℃の場合、プラスチック材料のdn/dT値は-8から-15X10^–5/℃ですが、ガラス材料NBK7の値は3X10^–6/℃です。

• 透過率

透過率

この図を見ると、ほとんどの光学プラスチックは可視光帯域で90%以上の透過率を誇り、また、民生用電子機器でよく使用される850nmと940nmの赤外線帯域でも良好な透過率を誇ります。プラスチック材料の透過率は、時間の経過とともにある程度低下します。主な原因は、プラスチックが太陽光中の紫外線を吸収し、分子鎖が切断されて劣化・架橋し、物理的・化学的性質が変化することです。最も顕著なマクロ的な兆候は、プラスチック材料の黄変です。

• 応力複屈折

レンズの屈折

応力複屈折（Birefringence）は、材料の光学特性の一種です。材料の屈折率は、入射光の偏光状態と伝播方向と関連しています。材料は、偏光状態によって異なる屈折率を示します。一部のシステムでは、この屈折率の偏差は非常に小さく、システムに大きな影響を与えませんが、特殊な光学系では、この偏差がシステム性能の深刻な低下を引き起こすほどです。

プラスチック材料自体は異方性を有していませんが、プラスチックの射出成形では応力複屈折が発生します。主な原因は、射出成形時に発生する応力と、冷却後のプラスチック高分子の配列です。応力は一般的に、下図に示すように、射出ポート付近に集中します。

一般的な設計・製造原則は、光学有効面における応力複屈折を最小限に抑えることです。そのためには、レンズ構造、射出成形金型、製造パラメータの合理的な設計が必要です。いくつかの材料の中で、PC材料は応力複屈折が発生しやすく（PMMA材料の約10倍）、COP、COC、PMMA材料は応力複屈折が低くなります。