Podstawą zminiaturyzowanych soczewek są tworzywa sztuczne i formowanie wtryskowe. Struktura soczewki z tworzywa sztucznego obejmuje materiał soczewki, tubus obiektywu, mocowanie obiektywu, przekładkę, arkusz cieniujący, materiał pierścienia dociskowego itp.

Istnieje kilka rodzajów materiałów na soczewki z tworzyw sztucznych, z których wszystkie są zasadniczo tworzywami sztucznymi (polimerami wielkocząsteczkowymi). Są to tworzywa termoplastyczne, czyli tworzywa sztuczne, które miękną i stają się plastyczne po podgrzaniu, twardnieją po ochłodzeniu i miękną po ponownym podgrzaniu. Zmiana fizyczna powodująca odwracalną zmianę stanu ciekłego i stałego za pomocą ogrzewania i chłodzenia. Niektóre materiały zostały wynalezione wcześniej, inne są stosunkowo nowe. Niektóre z nich to tworzywa sztuczne ogólnego przeznaczenia, a niektóre to specjalnie opracowane optyczne tworzywa sztuczne, które są bardziej szczegółowo stosowane w niektórych dziedzinach optycznych.

W projektowaniu optycznym możemy zobaczyć gatunki materiałów różnych firm, takie jak EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 i tak dalej. Wszystkie należą do określonego rodzaju tworzywa sztucznego, a następujące typy są bardziej powszechne i posortujemy je według czasu ich pojawienia się:

Plastikowe soczewki

• l PMMA/akryl:Poli(metakrylan metylu), polimetakrylan metylu (pleksi, akryl). Ze względu na niską cenę, wysoką przepuszczalność i wysoką wytrzymałość mechaniczną, PMMA jest najpopularniejszym substytutem szkła w życiu. Większość przezroczystych tworzyw sztucznych jest wykonana z PMMA, np. przezroczyste talerze, przezroczyste łyżki i małe diody LED. soczewki itp. PMMA jest produkowane masowo od lat trzydziestych XX wieku.
• PS:Polistyren, polistyren, to bezbarwny i przezroczysty termoplast, a także tworzywo konstrukcyjne, którego masową produkcję rozpoczęto w latach trzydziestych XX wieku. Wiele białych pudełek piankowych i pudełek na lunch, które są powszechne w naszym życiu, jest wykonanych z materiałów PS.
• Komputer:Poliwęglan, poliwęglan, jest również bezbarwnym i przezroczystym amorficznym tworzywem termoplastycznym, a także tworzywem sztucznym ogólnego przeznaczenia. Uprzemysłowienie nastąpiło dopiero w latach 60. XX wieku. Odporność materiału PC na uderzenia jest bardzo dobra, typowe zastosowania obejmują wiadra do dystrybutorów wody, gogle itp.
• COP i COC:Cykliczny polimer olefinowy (COP), cykliczny polimer olefinowy; Kopolimer cykloolefinowy (COC) Kopolimer cyklicznych olefin to amorficzny, przezroczysty materiał polimerowy o strukturze pierścieniowej, z podwójnymi wiązaniami węgiel-węgiel w pierścieniu. Węglowodory cykliczne powstają z monomerów cyklicznych olefin w procesie samopolimeryzacji (COP) lub kopolimeryzacji (COC) ) z innymi cząsteczkami (takimi jak etylen). Charakterystyka COP i COC jest prawie taka sama. Materiał ten jest stosunkowo nowy. Kiedy wynaleziono go po raz pierwszy, rozważano go głównie w niektórych zastosowaniach związanych z optyką. Obecnie jest szeroko stosowany w przemyśle filmowym, soczewkowym, wyświetlaczowym i medycznym (butelki do pakowania). COP zakończył produkcję przemysłową około 1990 r., a COC zakończył produkcję przemysłową przed 2000 r.
• l O-PET:Optyczne włókno poliestrowo-optyczne O-PET zostało wprowadzone na rynek w Osace w 2010 roku.

Analizując materiał optyczny, skupiamy się głównie na jego właściwościach optycznych i mechanicznych.

Optyczny strliny

• Współczynnik załamania światła i dyspersja

Współczynnik załamania światła i dyspersja

Z tego podsumowującego diagramu wynika, że ​​różne optyczne tworzywa sztuczne zasadniczo dzielą się na dwa przedziały: jedna grupa to wysoki współczynnik załamania światła i wysoka dyspersja; druga grupa to niski współczynnik załamania światła i niska dyspersja. Porównując opcjonalny zakres współczynnika załamania światła i dyspersję materiałów szklanych, okaże się, że opcjonalny zakres współczynnika załamania światła materiałów z tworzyw sztucznych jest bardzo wąski, a wszystkie optyczne materiały z tworzyw sztucznych mają stosunkowo niski współczynnik załamania światła. Ogólnie rzecz biorąc, zakres opcji w przypadku materiałów z tworzyw sztucznych jest węższy i istnieje tylko około 10 do 20 komercyjnych gatunków materiałów, co w dużym stopniu ogranicza swobodę projektowania optycznego pod względem materiałowym.

Współczynnik załamania światła zmienia się w zależności od długości fali: współczynnik załamania optycznych materiałów z tworzyw sztucznych wzrasta wraz z długością fali, współczynnik załamania światła nieznacznie maleje, a całość jest stosunkowo stabilna.

Współczynnik załamania światła zmienia się wraz z temperaturą Dn/DT: Temperaturowy współczynnik załamania światła tworzyw optycznych jest od 6 do 50 razy większy niż szkła, co jest wartością ujemną, co oznacza, że ​​wraz ze wzrostem temperatury współczynnik załamania światła maleje. Na przykład dla długości fali 546 nm, -20°C do 40°C, wartość dn/dT materiału z tworzywa sztucznego wynosi -8 do -15X10^–5/°C, podczas gdy wartość materiału szklanego NBK7 to 3X10^–6/°C.

• Przepuszczalność

Przepuszczalność

Nawiązując do tego rysunku, większość tworzyw optycznych ma przepuszczalność większą niż 90% w paśmie światła widzialnego; mają również dobrą przepuszczalność dla pasm podczerwieni 850 nm i 940 nm, które są powszechne w elektronice użytkowej. Przepuszczalność materiałów z tworzyw sztucznych również z czasem ulegnie pewnemu zmniejszeniu. Głównym powodem jest to, że tworzywo sztuczne pochłania promienie ultrafioletowe słońca, a łańcuch molekularny pęka, ulegając degradacji i sieciowaniu, co powoduje zmiany właściwości fizycznych i chemicznych. Najbardziej oczywistym objawem makroskopowym jest zażółcenie tworzywa sztucznego.

• Dwójłomność naprężenia

Refrakcja obiektywu

Dwójłomność naprężenia (dwójłomność) jest właściwością optyczną materiałów. Współczynnik załamania światła materiałów jest powiązany ze stanem polaryzacji i kierunkiem propagacji padającego światła. Materiały wykazują różne współczynniki załamania światła dla różnych stanów polaryzacji. W przypadku niektórych systemów to odchylenie współczynnika załamania światła jest bardzo małe i nie ma dużego wpływu na system, ale w przypadku niektórych specjalnych układów optycznych to odchylenie jest wystarczające, aby spowodować poważne pogorszenie wydajności systemu.

Same tworzywa sztuczne nie mają właściwości anizotropowych, ale formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych spowoduje dwójłomność naprężeń. Główną przyczyną są naprężenia powstające podczas formowania wtryskowego oraz układ makrocząsteczek tworzywa sztucznego po schłodzeniu. Naprężenia skupiają się zazwyczaj w pobliżu otworu wtryskowego, jak pokazano na poniższym rysunku.

Ogólną zasadą projektowania i produkcji jest minimalizacja dwójłomności naprężeń w płaszczyźnie efektywnej optycznie, co wymaga rozsądnego zaprojektowania struktury soczewki, formy wtryskowej i parametrów produkcyjnych. Spośród kilku materiałów materiały PC są bardziej podatne na dwójłomność naprężeń (około 10 razy większą niż materiały PMMA), a materiały COP, COC i PMMA mają niższą dwójłomność naprężeń.