วัสดุพลาสติกและการฉีดขึ้นรูปเป็นพื้นฐานสำหรับเลนส์ย่อส่วน โครงสร้างของเลนส์พลาสติกประกอบด้วยวัสดุเลนส์ กระบอกเลนส์ เมาท์เลนส์ ตัวเว้นระยะ แผ่นบังแดด วัสดุวงแหวนดัน ฯลฯ

วัสดุเลนส์สำหรับเลนส์พลาสติกมีหลายประเภท ซึ่งทั้งหมดส่วนใหญ่เป็นพลาสติก (พอลิเมอร์โมเลกุลสูง) เป็นเทอร์โมพลาสติก ซึ่งเป็นพลาสติกที่อ่อนตัวและกลายเป็นพลาสติกเมื่อถูกความร้อน แข็งตัวเมื่อเย็นลง และนิ่มลงเมื่อถูกความร้อนอีกครั้ง การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับได้ระหว่างสถานะของเหลวและของแข็งโดยใช้ความร้อนและความเย็น วัสดุบางชนิดถูกประดิษฐ์ขึ้นก่อนหน้านี้และบางชนิดก็ค่อนข้างใหม่ บางชนิดเป็นพลาสติกใช้งานทั่วไป และวัสดุบางชนิดเป็นวัสดุพลาสติกเชิงแสงที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ ซึ่งใช้เฉพาะในสนามแสงบางแห่งโดยเฉพาะ

ในการออกแบบเชิงแสง เราอาจเห็นเกรดวัสดุของบริษัทต่างๆ เช่น EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 และอื่นๆ ทั้งหมดเป็นของวัสดุพลาสติกบางประเภท และประเภทต่อไปนี้เป็นเรื่องธรรมดามากกว่า และเราจะจัดเรียงตามเวลาที่ปรากฏ:

เลนส์พลาสติก

• l PMMA/อะคริลิค:โพลี (เมทิลเมทาคริเลต), โพลีเมทิลเมทาคริเลต (ลูกแก้ว, อะคริลิก) เนื่องจากราคาถูก มีการส่งผ่านข้อมูลสูง และมีความแข็งแรงเชิงกลสูง PMMA จึงเป็นวัสดุทดแทนแก้วที่พบได้บ่อยที่สุดในชีวิต พลาสติกใสส่วนใหญ่ทำจาก PMMA เช่น แผ่นใส ช้อนใส และไฟ LED ขนาดเล็ก เลนส์ ฯลฯ PMMA มีการผลิตจำนวนมากตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1930
• ป.ล.:โพลีสไตรีนหรือโพลีสไตรีนเป็นเทอร์โมพลาสติกที่ไม่มีสีและโปร่งใส เช่นเดียวกับพลาสติกวิศวกรรมซึ่งเริ่มการผลิตจำนวนมากในช่วงทศวรรษที่ 1930 กล่องโฟมและกล่องอาหารกลางวันสีขาวหลายชิ้นที่พบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตของเราทำจากวัสดุ PS
• พีซี:โพลีคาร์บอเนต โพลีคาร์บอเนตยังเป็นเทอร์โมพลาสติกอสัณฐานไม่มีสีและโปร่งใส และยังเป็นพลาสติกเอนกประสงค์อีกด้วย มันเป็นเพียงอุตสาหกรรมในปี 1960 วัสดุ PC ทนต่อแรงกระแทกได้ดีมาก การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ถังกดน้ำ แว่นตา ฯลฯ
• ตำรวจและ COC:ไซคลิกโอเลฟินโพลิเมอร์ (COP), ไซคลิกโอเลฟินโพลิเมอร์; Cyclic olefin copolymer (COC) Cyclic olefin copolymer เป็นวัสดุโพลีเมอร์โปร่งใสที่ไม่มีรูปร่างซึ่งมีโครงสร้างเป็นวงแหวน โดยมีพันธะคู่ของคาร์บอน-คาร์บอนอยู่ในวงแหวน cyclic hydrocarbons ทำจากโมโนเมอร์ cyclic olefin โดยวิธี self-polymerization (COP) หรือ copolymerization (COC) ) กับโมเลกุลอื่นๆ (เช่น เอทิลีน) ลักษณะของ COP และ COC เกือบจะเหมือนกัน วัสดุนี้ค่อนข้างใหม่ เมื่อมันถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรก ส่วนใหญ่จะได้รับการพิจารณาสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับแสงบางอย่าง ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมฟิล์ม เลนส์ จอแสดงผล การแพทย์ (ขวดบรรจุภัณฑ์) COP เสร็จสิ้นการผลิตภาคอุตสาหกรรมประมาณปี 1990 และ COC เสร็จสิ้นการผลิตภาคอุตสาหกรรมก่อนปี 2000
• l O-PET:เส้นใยโพลีเอสเตอร์ออปติกโพลีเอสเตอร์ O-PET เริ่มจำหน่ายในโอซาก้าในปี 2010

เมื่อวิเคราะห์วัสดุเชิงแสง เราคำนึงถึงคุณสมบัติทางแสงและทางกลเป็นหลัก

ออปติคอลพีคุณสมบัติ

• ดัชนีการหักเหของแสงและการกระจายตัว

ดัชนีการหักเหของแสงและการกระจายตัว

จากแผนภาพสรุปนี้จะเห็นได้ว่าวัสดุพลาสติกเชิงแสงที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานแล้วแบ่งออกเป็นสองช่วง: กลุ่มหนึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงสูงและการกระจายตัวสูง อีกกลุ่มหนึ่งคือดัชนีการหักเหของแสงต่ำและการกระจายตัวต่ำ เมื่อเปรียบเทียบช่วงดัชนีการหักเหของแสงและการกระจายตัวของวัสดุแก้วที่เป็นตัวเลือก เราจะพบว่าช่วงดัชนีการหักเหของวัสดุพลาสติกที่เป็นตัวเลือกนั้นแคบมากและวัสดุพลาสติกเชิงแสงทั้งหมดมีดัชนีการหักเหของแสงที่ค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปแล้ว ช่วงของตัวเลือกสำหรับวัสดุพลาสติกจะแคบลง และมีเกรดวัสดุเชิงพาณิชย์เพียงประมาณ 10 ถึง 20 เกรดเท่านั้น ซึ่งจำกัดเสรีภาพในการออกแบบการมองเห็นในแง่ของวัสดุเป็นส่วนใหญ่

ดัชนีการหักเหของแสงแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น: ดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุพลาสติกออปติกจะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่น ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงเล็กน้อย และโดยรวมค่อนข้างมีเสถียรภาพ

ดัชนีการหักเหของแสงเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ Dn/DT: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของดัชนีการหักเหของแสงของพลาสติกเชิงแสงมีค่ามากกว่าแก้ว 6 ถึง 50 เท่า ซึ่งเป็นค่าลบ ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลง ตัวอย่างเช่น สำหรับความยาวคลื่น 546 นาโนเมตร -20°C ถึง 40°C ค่า dn/dT ของวัสดุพลาสติกคือ -8 ถึง -15X10^–5/°C ในทางตรงกันข้าม ค่าของวัสดุแก้ว NBK7 คือ 3X10^–6/°C

• การส่งผ่าน

การส่งผ่าน

จากภาพนี้ พลาสติกเชิงแสงส่วนใหญ่มีการส่งผ่านมากกว่า 90% ในแถบแสงที่มองเห็นได้ อีกทั้งยังมีการส่งผ่านที่ดีสำหรับแถบอินฟราเรดขนาด 850 นาโนเมตรและ 940 นาโนเมตร ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค การส่งผ่านของวัสดุพลาสติกจะลดลงในระดับหนึ่งเมื่อเวลาผ่านไป สาเหตุหลักคือพลาสติกดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตในดวงอาทิตย์ และสายโซ่โมเลกุลแตกสลายเพื่อย่อยสลายและเชื่อมโยงข้าม ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี การแสดงด้วยตาเปล่าที่ชัดเจนที่สุดคือการทำให้วัสดุพลาสติกเป็นสีเหลือง

• ความเครียดที่สะท้อนกลับ

การหักเหของเลนส์

การหักเหของความเครียด (Birefringence) เป็นคุณสมบัติทางแสงของวัสดุ ดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุสัมพันธ์กับสถานะโพลาไรเซชันและทิศทางการแพร่กระจายของแสงที่ตกกระทบ วัสดุแสดงดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกันสำหรับสถานะโพลาไรซ์ที่ต่างกัน สำหรับบางระบบ ค่าเบี่ยงเบนดัชนีการหักเหของแสงนี้มีขนาดเล็กมากและไม่มีผลกระทบอย่างมากต่อระบบ แต่สำหรับระบบออพติคอลพิเศษบางระบบ ค่าเบี่ยงเบนนี้เพียงพอที่จะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลงอย่างร้ายแรง

ตัววัสดุพลาสติกเองนั้นไม่ได้มีลักษณะแบบแอนไอโซทรอปิก แต่การฉีดขึ้นรูปพลาสติกจะทำให้เกิดปฏิกิริยาไบรีฟริงก์จากความเค้น สาเหตุหลักคือความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการฉีดขึ้นรูปและการจัดเรียงโมเลกุลขนาดใหญ่ของพลาสติกหลังจากการเย็นตัวลง โดยทั่วไปความเครียดจะกระจุกตัวอยู่ใกล้ช่องฉีด ดังแสดงในรูปด้านล่าง

หลักการออกแบบและการผลิตทั่วไปคือการลดความเครียดจากการหักเหของแสงในระนาบที่มีประสิทธิภาพเชิงแสง ซึ่งต้องมีการออกแบบโครงสร้างเลนส์ แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป และพารามิเตอร์การผลิตที่เหมาะสม ในบรรดาวัสดุหลายชนิด วัสดุ PC มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาไบรีฟริงก์จากความเครียด (ใหญ่กว่าวัสดุ PMMA ประมาณ 10 เท่า) และวัสดุ COP, COC และ PMMA มีการเกิดปฏิกิริยาไบรีฟริงก์จากความเครียดต่ำกว่า