Пластиковые материалы и литье под давлением являются основой миниатюрных линз. В состав пластиковой линзы входит материал линзы, оправа линзы, крепление объектива, прокладка, затеняющий лист, материал прижимного кольца и т. д.

Существует несколько типов материалов для пластиковых линз, все из которых по своей сути являются пластиком (высокомолекулярным полимером). Это термопласты, пластмассы, которые размягчаются и становятся пластичными при нагревании, затвердевают при охлаждении и размягчаются при повторном нагревании. Физическое изменение, которое приводит к обратимому переходу между жидким и твердым состояниями с помощью нагрева и охлаждения. Некоторые материалы были изобретены раньше, а некоторые являются относительно новыми. Некоторые из них представляют собой пластмассы общего назначения, а некоторые представляют собой специально разработанные оптические пластмассы, которые более конкретно используются в некоторых оптических областях.

В оптическом дизайне мы можем увидеть марки материалов разных фирм, например ЭП8000, К26Р, АПЛ5015, ОКП-1 и так далее. Все они относятся к определенному типу пластического материала, причем более распространены следующие виды, и мы отсортируем их по времени появления:

Пластиковые линзы

• л ПММА/акрил:Поли(метилметакрилат), полиметилметакрилат (оргстекло, акрил). Благодаря низкой цене, высокому коэффициенту пропускания и высокой механической прочности ПММА является наиболее распространенным заменителем стекла в быту. Большая часть прозрачного пластика изготовлена ​​из ПММА, например, прозрачные пластины, прозрачные ложки и небольшие светодиоды. линзы и т. д. ПММА производится серийно с 1930-х годов.
• ПС:Полистирол, полистирол – бесцветный и прозрачный термопласт, а также инженерный пластик, массовое производство которого началось в 1930-х годах. Многие из белых пенопластовых коробок и ланч-боксов, которые распространены в нашей жизни, изготовлены из полистирола.
• ПК:Поликарбонат, поликарбонат, также является бесцветным и прозрачным аморфным термопластом, а также пластиком общего назначения. Он был индустриализирован только в 1960-х годах. Ударопрочность материала ПК очень хорошая, распространенные области применения включают ведра для раздачи воды, защитные очки и т. д.
• l КС и КОК:Циклический олефиновый полимер (COP), циклический олефиновый полимер; Циклический олефиновый сополимер (ЦОК) Циклический олефиновый сополимер представляет собой аморфный прозрачный полимерный материал с кольцевой структурой, с двойными углерод-углеродными связями в кольце. Циклические углеводороды производятся из циклических олефиновых мономеров путем самополимеризации (ЦОП) или сополимеризации (ЦОК). ) с другими молекулами (например, этиленом). Характеристики COP и COC практически одинаковы. Этот материал относительно новый. Когда он был впервые изобретен, он в основном рассматривался для некоторых оптических приложений. Сейчас он широко используется в пленочной, оптической линзовой, дисплейной, медицинской (упаковочной) промышленности. COP завершила промышленное производство примерно в 1990 году, а COC завершила промышленное производство до 2000 года.
• л О-ПЭТ:Оптическое полиэфирное оптическое полиэфирное волокно O-PET было коммерциализировано в Осаке в 2010-х годах.

Анализируя оптический материал, мы в основном интересуемся его оптическими и механическими свойствами.

Оптический рверёвки

• Показатель преломления и дисперсия

Показатель преломления и дисперсия

Из этой сводной диаграммы видно, что различные оптические пластмассы в основном делятся на два интервала: одна группа — с высоким показателем преломления и высокой дисперсией; другая группа — с низким показателем преломления и низкой дисперсией. Сравнивая необязательный диапазон показателя преломления и дисперсии стеклянных материалов, мы обнаружим, что необязательный диапазон показателя преломления пластиковых материалов очень узок, а все оптические пластмассовые материалы имеют относительно низкий показатель преломления. Вообще говоря, диапазон вариантов пластиковых материалов уже, и существует всего около 10–20 коммерческих марок материалов, что во многом ограничивает свободу оптического дизайна с точки зрения материалов.

Показатель преломления зависит от длины волны: показатель преломления оптических пластиковых материалов увеличивается с длиной волны, показатель преломления немного уменьшается, и в целом он относительно стабилен.

Показатель преломления меняется с температурой Dn/DT: Температурный коэффициент показателя преломления оптических пластиков в 6-50 раз больше, чем у стекла, что является отрицательным значением, а это означает, что с увеличением температуры показатель преломления уменьшается. Например, для длины волны 546 нм, от -20°C до 40°C, значение dn/dT пластикового материала составляет от -8 до -15X10^–5/°C, в то время как значение dn/dT для материала стекла составляет NBK7 составляет 3X10^–6/°C.

• пропускание

Коэффициент пропускания

Судя по этому изображению, большинство оптических пластиков имеют коэффициент пропускания более 90% в видимом диапазоне света; они также имеют хороший коэффициент пропускания в инфракрасных диапазонах 850 и 940 нм, которые распространены в бытовой электронике. Коэффициент пропускания пластиковых материалов также со временем в определенной степени уменьшится. Основная причина заключается в том, что пластик поглощает ультрафиолетовые лучи солнца, и молекулярная цепь разрывается, разрушаясь и образуя поперечные связи, что приводит к изменениям физических и химических свойств. Наиболее очевидным макроскопическим проявлением является пожелтение пластика.

• Стрессовое двойное лучепреломление

Преломление линзы

Двойное лучепреломление под напряжением (Двулучепреломление) — оптическое свойство материалов. Показатель преломления материалов связан с состоянием поляризации и направлением распространения падающего света. Материалы имеют разные показатели преломления для разных состояний поляризации. Для некоторых систем это отклонение показателя преломления очень мало и не оказывает большого влияния на систему, но для некоторых специальных оптических систем этого отклонения достаточно, чтобы вызвать серьезное ухудшение производительности системы.

Сами пластмассовые материалы не обладают анизотропными характеристиками, но литье пластмасс под давлением приводит к появлению двойного лучепреломления под напряжением. Основная причина – напряжение, возникающее при литье под давлением, и расположение макромолекул пластика после охлаждения. Напряжение обычно концентрируется возле порта впрыска, как показано на рисунке ниже.

Общий принцип проектирования и производства заключается в минимизации двойного лучепреломления напряжений в эффективной оптической плоскости, что требует разумного проектирования конструкции линзы, формы для литья под давлением и производственных параметров. Среди некоторых материалов материалы ПК более склонны к двойному лучепреломлению под напряжением (примерно в 10 раз больше, чем материалы из ПММА), а материалы COP, COC и PMMA имеют более низкое двойное лучепреломление под напряжением.