Materialele plastice și turnarea prin injecție stau la baza lentilelor miniaturizate. Structura lentilei din plastic include materialul lentilei, corpul lentilei, montura lentilei, distanțierul, foaia de umbrire, materialul inelului de presiune etc.

Există mai multe tipuri de materiale pentru lentile din plastic, toate fiind în esență plastice (polimeri cu greutate moleculară mare). Acestea sunt termoplastice, materiale plastice care se înmoaie și devin plastice atunci când sunt încălzite, se întăresc atunci când sunt răcite și se înmoaie atunci când sunt încălzite din nou. O modificare fizică ce produce o schimbare reversibilă între starea lichidă și cea solidă folosind încălzirea și răcirea. Unele materiale au fost inventate anterior, iar altele sunt relativ noi. Unele sunt materiale plastice pentru aplicații generale, iar unele materiale sunt materiale plastice optice special dezvoltate, care sunt utilizate mai specific în anumite domenii optice.

În proiectarea optică, putem observa clasele de materiale ale diferitelor companii, cum ar fi EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 și așa mai departe. Toate aparțin unui anumit tip de material plastic, iar următoarele tipuri sunt mai comune și le vom sorta în funcție de momentul apariției lor:

Lentilele din plastic

• PMMA/Acrilic:Poli(metacrilat de metil), polimetacrilat de metil (plexiglas, acrilic). Datorită prețului său redus, transmitanței ridicate și rezistenței mecanice ridicate, PMMA este cel mai comun înlocuitor de sticlă. Majoritatea materialelor plastice transparente sunt fabricate din PMMA, cum ar fi farfuriile transparente, lingurile transparente și LED-urile mici, lentilele etc. PMMA este produs în masă încă din anii 1930.
• PS:Polistirenul, polistirenul, este un termoplastic incolor și transparent, precum și un plastic ingineresc, a cărui producție în masă a început în anii 1930. Multe dintre cutiile și cutiile de prânz din spumă albă, comune în viața noastră, sunt fabricate din materiale PS.
• PC:Policarbonatul este, de asemenea, un termoplastic amorf incolor și transparent, precum și un plastic de uz general. A fost industrializat abia în anii 1960. Rezistența la impact a materialului PC este foarte bună, aplicațiile comune includ găleți pentru dozatoare de apă, ochelari de protecție etc.
• COP și COC:Polimer olefinic ciclic (COP), polimer olefinic ciclic; copolimer olefinic ciclic (COC) Copolimerul olefinic ciclic este un material polimeric transparent amorf cu o structură inelară, cu legături duble carbon-carbon în inel. Hidrocarburile ciclice sunt fabricate din monomeri olefinici ciclici prin autopolimerizare (COP) sau copolimerizare (COC) cu alte molecule (cum ar fi etilena). Caracteristicile COP și COC sunt aproape aceleași. Acest material este relativ nou. Când a fost inventat pentru prima dată, a fost luat în considerare în principal pentru unele aplicații legate de optică. Acum este utilizat pe scară largă în industria filmelor, lentilelor optice, afișajelor, industria medicală (ambalajelor pentru sticle). COP și-a încheiat producția industrială în jurul anului 1990, iar COC a încheiat producția industrială înainte de anul 2000.
• l O-PET:Fibra optică din poliester, O-PET, a fost comercializată la Osaka în anii 2010.

Când analizăm un material optic, ne preocupă în principal proprietățile sale optice și mecanice.

P opticproprietăți

• Indice de refracție și dispersie

Indicele de refracție și dispersia

Din această diagramă rezumativă se poate observa că diferite materiale optice plastice se împart practic în două intervale: o grupă este cea cu indice de refracție ridicat și dispersie ridicată; cealaltă grupă este cea cu indice de refracție scăzut și dispersie scăzută. Comparând intervalul opțional de indice de refracție și dispersie al materialelor din sticlă, vom constata că intervalul opțional de indice de refracție al materialelor plastice este foarte îngust, iar toate materialele optice plastice au un indice de refracție relativ scăzut. În general, gama de opțiuni pentru materialele plastice este mai restrânsă, existând doar aproximativ 10 până la 20 de clase de materiale comerciale, ceea ce limitează în mare măsură libertatea designului optic în ceea ce privește materialele.

Indicele de refracție variază în funcție de lungimea de undă: Indicele de refracție al materialelor plastice optice crește odată cu lungimea de undă, indicele de refracție scade ușor, iar per total este relativ stabil.

Indicele de refracție se modifică odată cu temperatura Dn/DT: Coeficientul de temperatură al indicelui de refracție al materialelor plastice optice este de 6 până la 50 de ori mai mare decât cel al sticlei, aceasta fiind o valoare negativă, ceea ce înseamnă că, pe măsură ce temperatura crește, indicele de refracție scade. De exemplu, pentru o lungime de undă de 546 nm, între -20°C și 40°C, valoarea dn/dT a materialului plastic este de -8 până la -15X10^–5/°C, în timp ce, în schimb, valoarea materialului de sticlă NBK7 este de 3X10^–6/°C.

• Transmitanță

Transmitanța

Referindu-ne la această imagine, majoritatea materialelor plastice optice au o transmitanță de peste 90% în banda luminii vizibile; de ​​asemenea, au o transmitanță bună pentru benzile infraroșii de 850nm și 940nm, care sunt comune în electronicele de larg consum. Transmitanța materialelor plastice va scădea, de asemenea, într-o anumită măsură în timp. Motivul principal este că plasticul absoarbe razele ultraviolete ale soarelui, iar lanțul molecular se rupe pentru a se degrada și a se reticula, rezultând modificări ale proprietăților fizice și chimice. Cea mai evidentă manifestare macroscopică este îngălbenirea materialului plastic.

• Birefringența de stres

Refracția lentilei

Birefringența sub tensiune (Birefringența) este o proprietate optică a materialelor. Indicele de refracție al materialelor este legat de starea de polarizare și de direcția de propagare a luminii incidente. Materialele prezintă indici de refracție diferiți pentru diferite stări de polarizare. Pentru unele sisteme, această abatere a indicelui de refracție este foarte mică și nu are un impact mare asupra sistemului, dar pentru unele sisteme optice speciale, această abatere este suficientă pentru a provoca o degradare serioasă a performanței sistemului.

Materialele plastice în sine nu au caracteristici anizotrope, dar turnarea prin injecție a materialelor plastice va introduce birefringență de stres. Motivul principal este stresul introdus în timpul turnării prin injecție și aranjamentul macromoleculelor de plastic după răcire. Tensiunea este, în general, concentrată în apropierea orificiului de injecție, așa cum se arată în figura de mai jos.

Principiul general de proiectare și producție este de a minimiza birefringența de stres în planul optic efectiv, ceea ce necesită o proiectare rezonabilă a structurii lentilei, a matriței de turnare prin injecție și a parametrilor de producție. Printre diverse materiale, materialele PC sunt mai predispuse la birefringența de stres (de aproximativ 10 ori mai mare decât materialele PMMA), iar materialele COP, COC și PMMA au o birefringență de stres mai mică.