Plastični materiali in brizganje so osnova za miniaturizirane leče. Struktura plastične leče vključuje material leče, ohišje leče, nastavek za lečo, distančnik, senčni list, material tlačnega obroča itd.

Obstaja več vrst materialov za plastične leče, ki so v bistvu vsi plastični (visoko molekularni polimeri). So termoplasti, plastike, ki se pri segrevanju zmehčajo in postanejo plastične, pri ohlajanju strdijo, pri ponovnem segrevanju pa se zmehčajo. Fizična sprememba, ki povzroči reverzibilno spremembo med tekočim in trdnim stanjem z uporabo segrevanja in hlajenja. Nekateri materiali so bili izumljeni prej, nekateri pa so relativno novi. Nekateri so plastični materiali za splošno uporabo, nekateri materiali pa so posebej razviti optični plastični materiali, ki se bolj specifično uporabljajo na nekaterih optičnih področjih.

V optičnem dizajnu lahko vidimo materialne razrede različnih podjetij, kot so EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 in tako naprej. Vsi pripadajo določeni vrsti plastičnega materiala, pogostejše pa so naslednje vrste, ki jih bomo razvrstili glede na čas nastanka:

Plastične leče

• l PMMA/akril:Poli(metil metakrilat), polimetil metakrilat (pleksi steklo, akril). Zaradi nizke cene, visoke prepustnosti in visoke mehanske trdnosti je PMMA najpogostejši nadomestek stekla v življenju. Večina prozorne plastike je narejena iz PMMA, kot so prozorni krožniki, prozorne žlice in majhne LED diode. leče itd. PMMA se množično proizvaja od leta 1930.
• PS:Polistiren, polistiren, je brezbarvna in prozorna termoplastika, pa tudi inženirska plastika, ki so jo začeli masovno izdelovati v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Številne bele penaste škatle in škatle za malico, ki so običajne v naših življenjih, so izdelane iz PS materialov.
• PC:Tudi polikarbonat, polikarbonat, je brezbarvna in prozorna amorfna termoplastika, poleg tega pa je tudi univerzalna plastika. Industrializirana je bila šele v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Odpornost PC materiala na udarce je zelo dobra, pogoste uporabe vključujejo vedra za razprševanje vode, očala itd.
• l COP & COC:Ciklični olefinski polimer (COP), ciklični olefinski polimer; Ciklični olefinski kopolimer (COC) Ciklični olefinski kopolimer je amorfen prozoren polimerni material z obročasto strukturo, z dvojnimi vezmi ogljik-ogljik v obroču. Ciklični ogljikovodiki so izdelani iz cikličnih olefinskih monomerov s samopolimerizacijo (COP) ali kopolimerizacijo (COC). ) z drugimi molekulami (kot je etilen). Značilnosti COP in COC so skoraj enake. Ta material je relativno nov. Ko je bil prvič izumljen, je bil namenjen predvsem nekaterim optičnim aplikacijam. Zdaj se pogosto uporablja v industriji filmov, optičnih leč, zaslonov, medicini (pakirna steklenica). COP je industrijsko proizvodnjo zaključil okrog leta 1990, COC pa pred letom 2000.
• l O-PET:Optična poliestrska optična poliestrska vlakna, O-PET, so bila komercializirana v Osaki v 2010-ih.

Pri analizi optičnih materialov se ukvarjamo predvsem z njihovimi optičnimi in mehanskimi lastnostmi.

Optični properties

• Indeks loma in disperzija

Lomni količnik in disperzija

Iz tega povzetka diagrama je razvidno, da različni optični plastični materiali v bistvu spadajo v dva intervala: ena skupina je visok lomni količnik in visoka disperzija; druga skupina je nizek lomni količnik in nizka disperzija. Če primerjamo izbirni razpon lomnega količnika in disperzije steklenih materialov, bomo ugotovili, da je izbirni razpon lomnega količnika plastičnih materialov zelo ozek, vsi optični plastični materiali pa imajo relativno nizek lomni količnik. Na splošno je nabor možnosti za plastične materiale ožji, komercialnih razredov materialov pa je le okoli 10 do 20, kar v veliki meri omejuje svobodo optičnega oblikovanja glede materialov.

Lomni količnik se spreminja glede na valovno dolžino: lomni količnik optičnih plastičnih materialov narašča z valovno dolžino, lomni količnik se rahlo zmanjša, skupno pa je razmeroma stabilno.

Lomni količnik se spreminja s temperaturo Dn/DT: Temperaturni koeficient lomnega količnika optične plastike je od 6- do 50-krat večji kot pri steklu, kar je negativna vrednost, kar pomeni, da z naraščanjem temperature lomni količnik pada. Na primer, za valovno dolžino 546 nm, -20 °C do 40 °C, je vrednost dn/dT plastičnega materiala -8 do -15X10^–5/°C, medtem ko je v nasprotju s tem vrednost steklenega materiala NBK7 je 3X10^–6/°C.

• Prepustnost

Prepustnost

Glede na to sliko ima večina optične plastike prepustnost več kot 90 % v pasu vidne svetlobe; imajo tudi dobro prepustnost za infrardeče pasove 850 nm in 940 nm, ki so pogosti v potrošniški elektroniki. Tudi prepustnost plastičnih materialov se bo sčasoma do določene mere zmanjšala. Glavni razlog je, da plastika absorbira ultravijolične žarke na soncu, molekularna veriga pa se prekine, da se razgradi in navzkrižno poveže, kar povzroči spremembe fizikalnih in kemijskih lastnosti. Najbolj očitna makroskopska manifestacija je porumenelost plastičnega materiala.

• Stresna dvolomnost

Refrakcija leče

Dvolomnost napetosti (Birefringence) je optična lastnost materialov. Lomni količnik materialov je povezan s stanjem polarizacije in smerjo širjenja vpadne svetlobe. Materiali imajo različne lomne količnike za različna polarizacijska stanja. Pri nekaterih sistemih je to odstopanje lomnega količnika zelo majhno in nima velikega vpliva na sistem, pri nekaterih posebnih optičnih sistemih pa je to odstopanje dovolj, da povzroči resno poslabšanje delovanja sistema.

Plastični materiali sami po sebi nimajo anizotropnih lastnosti, vendar bo brizganje plastike povzročilo dvolomnost napetosti. Glavni razlog je napetost, ki nastane med brizganjem in razporeditvijo plastičnih makromolekul po ohlajanju. Obremenitev je na splošno koncentrirana blizu odprtine za injiciranje, kot je prikazano na spodnji sliki.

Splošno načelo zasnove in proizvodnje je čim manjše dvolomnost napetosti v optični efektivni ravnini, kar zahteva razumno zasnovo strukture leče, kalupa za brizganje in proizvodnih parametrov. Med številnimi materiali so materiali PC bolj nagnjeni k dvolomnosti napetosti (približno 10-krat večji od materialov PMMA), materiali COP, COC in PMMA pa imajo manjšo dvolomnost napetosti.