Plastové materiály a vstrekovanie sú základom pre miniaturizované šošovky. Štruktúra plastovej šošovky zahŕňa materiál šošovky, tubus šošovky, objímku šošovky, medzikus, tieniacu fóliu, materiál prítlačného krúžku atď.

Existuje niekoľko typov materiálov šošoviek pre plastové šošovky, pričom všetky sú v podstate plastové (vysokomolekulárny polymér). Sú to termoplasty, plasty, ktoré po zahriatí zmäknú a stanú sa plastickými, po ochladení stvrdnú a po opätovnom zahriatí zmäknú. Fyzikálna zmena, ktorá vytvára reverzibilnú zmenu medzi kvapalným a pevným stavom pomocou zahrievania a chladenia. Niektoré materiály boli vynájdené skôr a niektoré sú relatívne nové. Niektoré sú plasty na všeobecné použitie a niektoré materiály sú špeciálne vyvinuté optické plastové materiály, ktoré sa konkrétnejšie používajú v niektorých optických oblastiach.

V optickom dizajne môžeme vidieť materiálové triedy rôznych spoločností, ako sú EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 a tak ďalej. Všetky patria k určitému druhu plastu a bežnejšie sú tieto typy, ktoré roztriedime podľa času ich vzhľadu:

Plastové šošovky

• l PMMA/akryl:Poly(metylmetakrylát), polymetylmetakrylát (plexisklo, akryl). Vďaka svojej nízkej cene, vysokej priepustnosti a vysokej mechanickej pevnosti je PMMA najbežnejšou náhradou skla v živote. Väčšina priehľadných plastov je vyrobená z PMMA, ako sú priehľadné taniere, priehľadné lyžice a malé LED diódy. šošovky atď. PMMA sa sériovo vyrába od 30. rokov 20. storočia.
• PS:Polystyrén, polystyrén, je bezfarebný a priehľadný termoplast, ako aj technický plast, ktorý sa začal sériovo vyrábať v 30. rokoch minulého storočia. Mnohé z bielych penových škatúľ a obedárov, ktoré sú bežné v našich životoch, sú vyrobené z materiálov PS.
• PC:Polykarbonát, polykarbonát, je tiež bezfarebný a priehľadný amorfný termoplast a je to tiež plast na všeobecné použitie. K industrializácii došlo až v 60. rokoch 20. storočia. Odolnosť PC materiálu proti nárazu je veľmi dobrá, medzi bežné aplikácie patria vedrá s dávkovačom vody, okuliare atď.
• l COP a COC:Cyklický olefínový polymér (COP), Cyklický olefínový polymér; Cyklický olefínový kopolymér (COC) Cyklický olefínový kopolymér je amorfný transparentný polymérny materiál s kruhovou štruktúrou, s dvojitými väzbami uhlík-uhlík v kruhu. Cyklické uhľovodíky sa vyrábajú z cyklických olefínových monomérov samopolymerizáciou (COP) alebo kopolymerizáciou (COC). ) s inými molekulami (ako je etylén). Charakteristiky COP a COC sú takmer rovnaké. Tento materiál je relatívne nový. Keď bol prvýkrát vynájdený, zvažoval sa hlavne pre niektoré optické aplikácie. Teraz je široko používaný v priemysle filmov, optických šošoviek, displejov, medicíny (baliace fľaše). COP dokončila priemyselnú výrobu okolo roku 1990 a COC dokončila priemyselnú výrobu pred rokom 2000.
• l O-PET:Optické polyesterové optické polyesterové vlákno O-PET bolo komercializované v Osake v roku 2010.

Pri analýze optického materiálu nám ide najmä o jeho optické a mechanické vlastnosti.

Optická planovky

• Index lomu a disperzia

Index lomu a disperzia

Z tohto súhrnného diagramu je možné vidieť, že rôzne optické plastové materiály v podstate spadajú do dvoch intervalov: jedna skupina je vysoký index lomu a vysoká disperzia; druhá skupina je nízky index lomu a nízka disperzia. Porovnaním voliteľného rozsahu indexu lomu a disperzie sklenených materiálov zistíme, že voliteľný rozsah indexu lomu plastových materiálov je veľmi úzky a všetky optické plastové materiály majú relatívne nízky index lomu. Vo všeobecnosti je rozsah možností pre plastové materiály užší a existuje len asi 10 až 20 druhov komerčných materiálov, čo do značnej miery obmedzuje slobodu optického dizajnu z hľadiska materiálov.

Index lomu sa mení s vlnovou dĺžkou: Index lomu optických plastových materiálov sa zvyšuje s vlnovou dĺžkou, index lomu mierne klesá a celkovo je relatívne stabilný.

Index lomu sa mení s teplotou Dn/DT: Teplotný koeficient indexu lomu optických plastov je 6-krát až 50-krát väčší ako u skla, čo je záporná hodnota, čo znamená, že so zvyšujúcou sa teplotou index lomu klesá. Napríklad pre vlnovú dĺžku 546nm, -20°C až 40°C je hodnota dn/dT plastového materiálu -8 až -15X10^–5/°C, zatiaľ čo na rozdiel od toho je hodnota skleneného materiálu NBK7 je 3X10^–6/°C.

• Priepustnosť

Priepustnosť

Podľa tohto obrázku má väčšina optických plastov priepustnosť viac ako 90 % v pásme viditeľného svetla; majú tiež dobrú priepustnosť pre infračervené pásma 850nm a 940nm, ktoré sú bežné v spotrebnej elektronike. Priepustnosť plastových materiálov sa tiež časom do určitej miery zníži. Hlavným dôvodom je, že plast absorbuje ultrafialové lúče na slnku a molekulárny reťazec sa preruší, degraduje a zosieťuje, čo vedie k zmenám fyzikálnych a chemických vlastností. Najzreteľnejším makroskopickým prejavom je žltnutie plastového materiálu.

• Stresový dvojlom

Refrakcia šošovky

Dvojlom napätia (Birefringence) je optická vlastnosť materiálov. Index lomu materiálov súvisí so stavom polarizácie a smerom šírenia dopadajúceho svetla. Materiály vykazujú rôzne indexy lomu pre rôzne stavy polarizácie. Pre niektoré systémy je táto odchýlka indexu lomu veľmi malá a nemá veľký vplyv na systém, ale u niektorých špeciálnych optických systémov táto odchýlka stačí na to, aby spôsobila vážne zhoršenie výkonu systému.

Plastové materiály samotné nemajú anizotropné vlastnosti, ale vstrekovanie plastov spôsobí dvojlom napätia. Hlavným dôvodom je napätie pri vstrekovaní a usporiadanie makromolekúl plastov po ochladení. Napätie je vo všeobecnosti sústredené v blízkosti vstrekovacieho otvoru, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Všeobecným princípom konštrukcie a výroby je minimalizácia dvojlomu napätia v optickej efektívnej rovine, čo si vyžaduje rozumný návrh štruktúry šošovky, vstrekovacej formy a výrobných parametrov. Medzi niekoľkými materiálmi sú PC materiály náchylnejšie na dvojlom pri namáhaní (asi 10-krát väčšie ako materiály PMMA) a materiály COP, COC a PMMA majú nižší dvojlom pri namáhaní.