مواد پلاستیکی و قالب‌گیری تزریقی اساس لنزهای مینیاتوری هستند. ساختار لنز پلاستیکی شامل مواد لنز، بدنه لنز، پایه لنز، فاصله‌دهنده، ورق سایه‌زن، مواد حلقه فشار و غیره است.

انواع مختلفی از مواد لنز برای لنزهای پلاستیکی وجود دارد که همه آنها اساساً پلاستیک (پلیمر با وزن مولکولی بالا) هستند. آنها ترموپلاستیک هستند، پلاستیک‌هایی که هنگام گرم شدن نرم و پلاستیک می‌شوند، هنگام سرد شدن سخت می‌شوند و هنگام گرم شدن دوباره نرم می‌شوند. یک تغییر فیزیکی که با استفاده از گرم کردن و سرد کردن، تغییر برگشت‌پذیر بین حالت مایع و جامد ایجاد می‌کند. برخی از مواد قبلاً اختراع شده‌اند و برخی نسبتاً جدید هستند. برخی پلاستیک‌های کاربردی عمومی هستند و برخی از مواد، مواد پلاستیکی نوری مخصوصی هستند که به طور خاص در برخی از زمینه‌های نوری استفاده می‌شوند.

در طراحی اپتیکی، ممکن است گریدهای مواد شرکت‌های مختلفی مانند EP8000، K26R، APL5015، OKP-1 و غیره را ببینیم. همه آنها به نوع خاصی از مواد پلاستیکی تعلق دارند و انواع زیر رایج‌تر هستند و ما آنها را بر اساس زمان ظهورشان مرتب خواهیم کرد:

لنزهای پلاستیکی

• ل PMMA/اکریلیک:پلی (متیل متاکریلات)، پلی متیل متاکریلات (پلکسی گلاس، اکریلیک). به دلیل قیمت ارزان، عبور نور بالا و استحکام مکانیکی بالا، PMMA رایج‌ترین جایگزین شیشه در زندگی است. اکثر پلاستیک‌های شفاف از PMMA ساخته شده‌اند، مانند صفحات شفاف، قاشق‌های شفاف و LEDهای کوچک، لنز و غیره. PMMA از دهه 1930 به تولید انبوه رسیده است.
• پی‌نوشت:پلی استایرن، پلی استایرن، یک ترموپلاستیک بی رنگ و شفاف و همچنین یک پلاستیک مهندسی است که تولید انبوه آن از دهه 1930 آغاز شد. بسیاری از جعبه های فومی سفید و جعبه های ناهار که در زندگی ما رایج هستند از مواد PS ساخته شده اند.
• کامپیوتر:پلی کربنات، پلی کربنات، همچنین یک ترموپلاستیک آمورف بی‌رنگ و شفاف است و همچنین یک پلاستیک همه منظوره است. این ماده تنها در دهه 1960 صنعتی شد. مقاومت در برابر ضربه مواد PC بسیار خوب است، کاربردهای رایج آن شامل سطل‌های آب، عینک‌های محافظ و غیره است.
• COP و COC:پلیمر اولفین حلقوی (COP)، پلیمر اولفین حلقوی؛ کوپلیمر اولفین حلقوی (COC) کوپلیمر اولفین حلقوی، یک ماده پلیمری شفاف آمورف با ساختار حلقه‌ای است که پیوندهای دوگانه کربن-کربن در حلقه دارد. هیدروکربن‌های حلقوی از مونومرهای اولفین حلقوی با خودپلیمریزاسیون (COP) یا کوپلیمریزاسیون (COC) با سایر مولکول‌ها (مانند اتیلن) ​​ساخته می‌شوند. ویژگی‌های COP و COC تقریباً یکسان است. این ماده نسبتاً جدید است. هنگامی که برای اولین بار اختراع شد، عمدتاً برای برخی از کاربردهای مرتبط با اپتیک در نظر گرفته می‌شد. اکنون به طور گسترده در صنایع فیلم، لنزهای اپتیکی، نمایشگرها و پزشکی (بطری‌های بسته‌بندی) استفاده می‌شود. COP تولید صنعتی را حدود سال ۱۹۹۰ و COC تولید صنعتی را قبل از سال ۲۰۰۰ به پایان رساند.
• l O-PET:الیاف پلی‌استر نوری، O-PET، در دهه ۲۰۱۰ در اوساکا تجاری‌سازی شد.

هنگام تجزیه و تحلیل یک ماده نوری، ما عمدتاً نگران خواص نوری و مکانیکی آن هستیم.

نوری pطناب کشی

• ضریب شکست و پراکندگی

ضریب شکست و پراکندگی

از این نمودار خلاصه می‌توان دریافت که مواد پلاستیکی نوری مختلف اساساً در دو بازه قرار می‌گیرند: یک گروه ضریب شکست بالا و پراکندگی بالا؛ گروه دیگر ضریب شکست پایین و پراکندگی کم. با مقایسه محدوده اختیاری ضریب شکست و پراکندگی مواد شیشه‌ای، متوجه خواهیم شد که محدوده اختیاری ضریب شکست مواد پلاستیکی بسیار باریک است و همه مواد پلاستیکی نوری دارای ضریب شکست نسبتاً پایینی هستند. به طور کلی، محدوده گزینه‌های مواد پلاستیکی باریک‌تر است و فقط حدود 10 تا 20 درجه مواد تجاری وجود دارد که تا حد زیادی آزادی طراحی نوری را از نظر مواد محدود می‌کند.

ضریب شکست با طول موج تغییر می‌کند: ضریب شکست مواد پلاستیکی نوری با طول موج افزایش می‌یابد، ضریب شکست کمی کاهش می‌یابد و در کل نسبتاً پایدار است.

تغییرات ضریب شکست با دما Dn/DT: ضریب دمایی ضریب شکست پلاستیک‌های نوری ۶ تا ۵۰ برابر بزرگتر از شیشه است که مقداری منفی است، به این معنی که با افزایش دما، ضریب شکست کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، برای طول موج ۵۴۶ نانومتر، از ۲۰- درجه سانتیگراد تا ۴۰ درجه سانتیگراد، مقدار dn/dT ماده پلاستیکی ۸- تا ۱۵- برابر با ۵/°C است، در حالی که در مقابل، مقدار ماده شیشه‌ای NBK7 برابر با ۶/°C ۳X۱۰ است.

• عبوردهی

میزان عبور

با اشاره به این تصویر، اکثر پلاستیک‌های نوری در باند نور مرئی بیش از ۹۰٪ عبور نور دارند؛ همچنین برای باندهای مادون قرمز ۸۵۰ نانومتر و ۹۴۰ نانومتر که در لوازم الکترونیکی مصرفی رایج هستند، عبور نور خوبی دارند. عبور نور مواد پلاستیکی نیز با گذشت زمان تا حدودی کاهش می‌یابد. دلیل اصلی این است که پلاستیک اشعه ماوراء بنفش خورشید را جذب می‌کند و زنجیره مولکولی آن می‌شکند تا تخریب و پیوند عرضی ایجاد شود که منجر به تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی می‌شود. بارزترین نمود ماکروسکوپی، زرد شدن مواد پلاستیکی است.

• دوشکستی تنشی

شکست نور لنز

دوشکستی تنشی (Birefringence) یک خاصیت نوری مواد است. ضریب شکست مواد به حالت قطبش و جهت انتشار نور فرودی مربوط می‌شود. مواد برای حالت‌های قطبش مختلف، ضریب شکست متفاوتی از خود نشان می‌دهند. برای برخی سیستم‌ها، این انحراف ضریب شکست بسیار کوچک است و تأثیر زیادی بر سیستم ندارد، اما برای برخی سیستم‌های نوری خاص، این انحراف برای ایجاد تخریب جدی در عملکرد سیستم کافی است.

مواد پلاستیکی خودشان ویژگی‌های ناهمسانگرد ندارند، اما قالب‌گیری تزریقی پلاستیک‌ها باعث ایجاد دوشکستی تنش می‌شود. دلیل اصلی، تنش وارد شده در حین قالب‌گیری تزریقی و چیدمان ماکرومولکول‌های پلاستیکی پس از خنک شدن است. تنش عموماً در نزدیکی دهانه تزریق متمرکز است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

اصل کلی طراحی و تولید، به حداقل رساندن دوشکستی تنشی در صفحه مؤثر نوری است که مستلزم طراحی معقول ساختار لنز، قالب قالب‌گیری تزریقی و پارامترهای تولید است. در بین چندین ماده، مواد PC بیشتر مستعد دوشکستی تنشی هستند (حدود 10 برابر بزرگتر از مواد PMMA)، و مواد COP، COC و PMMA دوشکستی تنشی کمتری دارند.