小型レンズの基礎となるのはプラスチック材料と射出成形です。プラスチックレンズの構造には、レンズ素材、鏡筒、レンズマウント、スペーサー、遮光シート、押えリング素材などが含まれます。

プラスチックレンズのレンズ素材にはいくつかの種類がありますが、いずれも本質的にはプラスチック（高分子ポリマー）です。これらは熱可塑性プラスチックであり、加熱すると軟化してプラスチックになり、冷却すると硬化し、再度加熱すると軟化するプラスチックです。加熱と冷却を使用して液体と固体の間で可逆的な変化を引き起こす物理的変化。材料の中には以前に発明されたものもあれば、比較的新しいものもあります。汎用用途のプラスチックもあれば、特別に開発された光学プラスチック材料もあり、一部の光学分野に特化して使用されています。

光学設計では、EP8000、K26R、APL5015、OKP-1など、さまざまな企業の材料グレードを目にすることがあります。それらはすべて特定の種類のプラスチック材料に属しており、次の種類がより一般的であり、出現時期に従って並べ替えます。

プラスチックレンズは

• l PMMA/アクリル:ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリメタクリル酸メチル（プレキシガラス、アクリル）。PMMA は、価格が安く、透過率が高く、機械的強度が高いため、日常生活で最も一般的なガラスの代替品です。透明プレート、透明スプーン、小型LEDなど、透明プラスチックのほとんどはPMMAでできています。PMMAは1930年代から量産されてきました。
• 追伸：ポリスチレンは無色透明の熱可塑性プラスチックであり、1930年代から大量生産が始まったエンジニアリングプラスチックです。私たちの生活の中でよく使われる白い発泡ボックスや弁当箱の多くはPS素材で作られています。
• パソコン:ポリカーボネート、ポリカーボネートも無色透明の非晶性熱可塑性プラスチックであり、汎用プラスチックでもあります。工業化されたのは 1960 年代になってからです。PC素材の耐衝撃性は非常に優れており、一般的な用途にはウォーターサーバーのバケツ、ゴーグルなどが含まれます。
• l COP と COC:環状オレフィンポリマー (COP)、環状オレフィンポリマー;環状オレフィン共重合体 (COC) 環状オレフィン共重合体は、環内に炭素-炭素二重結合を持つ環状構造を持つ非晶質透明ポリマー材料です。環状炭化水素は、自己重合 (COP) または共重合 (COC) によって環状オレフィンモノマーから作られます。 ) 他の分子 (エチレンなど) と結合します。COPとCOCの特性はほぼ同じです。この素材は比較的新しいものです。最初に発明されたときは、主にいくつかの光学関連の用途向けに検討されていました。現在ではフィルム、光学レンズ、ディスプレイ、医療（包装瓶）業界などで幅広く使用されています。COP は 1990 年頃に工業生産を完了し、COC は 2000 年以前に工業生産を完了しました。
• l O-PET:光学ポリエステル系光学ポリエステル繊維O-PETは2010年代に大阪で実用化されました。

光学材料を分析するとき、私たちは主にその光学的特性と機械的特性に関心を持ちます。

光学pロパティ

• 屈折率と分散

屈折率と分散

この概要図から、さまざまな光学プラスチック材料が基本的に 2 つのグループに分類されることがわかります。1 つのグループは高屈折率と高分散です。もう 1 つのグループは、屈折率が低く、分散が低いです。ガラス材料の屈折率と分散の任意範囲を比較すると、プラスチック材料の屈折率の任意範囲は非常に狭く、光学プラスチック材料はどれも屈折率が比較的低いことがわかります。一般的にプラスチック材料は選択肢が狭く、市販の材料グレードも10～20程度しかなく、材料上の光学設計の自由度が大きく制限されます。

屈折率は波長によって変化します: 光学プラスチック材料の屈折率は波長とともに増加し、屈折率はわずかに減少しますが、全体としては比較的安定しています。

温度による屈折率の変化 Dn/DT: 光学プラスチックの屈折率の温度係数はガラスの 6 倍から 50 倍大きく、負の値です。これは、温度が上昇すると屈折率が低下することを意味します。たとえば、波長 546nm、-20°C ～ 40°C の場合、プラスチック材料の dn/dT 値は -8 ～ -15X10^-5/°C ですが、対照的にガラス材料の値はNBK7 は 3X10^–6/℃ です。

• 透過率

透過率

この写真を参照すると、ほとんどの光学プラスチックは可視光帯域で 90% 以上の透過率を持っています。また、家庭用電化製品で一般的な 850nm および 940nm の赤外線帯域の透過率も優れています。プラスチック素材も時間の経過とともに透過率がある程度低下します。その主な原因は、プラスチックが太陽光に含まれる紫外線を吸収し、分子鎖が切れて劣化・架橋し、物理的・化学的性質が変化することです。最も明白な肉眼的症状は、プラスチック材料の黄変です。

• 応力複屈折

レンズの屈折

応力複屈折 (複屈折) は、材料の光学特性です。材料の屈折率は、入射光の偏光状態と伝播方向に関係します。材料は、偏光状態が異なると異なる屈折率を示します。一部のシステムでは、この屈折率偏差は非常に小さく、システムに大きな影響を与えませんが、一部の特殊な光学システムでは、この偏差はシステム性能の重大な低下を引き起こすのに十分です。

プラスチック材料自体には異方性特性はありませんが、プラスチックを射出成形すると応力複屈折が生じます。主な理由は、射出成形中に導入される応力と冷却後のプラスチック高分子の配置です。下図に示すように、一般に応力は注入口付近に集中します。

一般的な設計と製造の原則は、光学有効面での応力複屈折を最小限に抑えることであり、これにはレンズ構造、射出成形金型、および製造パラメータの合理的な設計が必要です。いくつかの材料の中で、PC 材料は応力複屈折が起こりやすく (PMMA 材料の約 10 倍)、COP、COC、および PMMA 材料は応力複屈折が低くなります。