Miniatiūrinių lęšių pagrindas yra plastikinės medžiagos ir liejimas liejimo būdu. Plastikinio lęšio struktūrą sudaro lęšio medžiaga, lęšio cilindras, lęšio laikiklis, tarpiklis, šešėliavimo plokštė, prispaudimo žiedo medžiaga ir kt.

Yra keletas plastikinių lęšių medžiagų tipų, kurios visos iš esmės yra plastikas (didelės molekulinės masės polimeras). Tai termoplastikai – plastikai, kurie kaitinami suminkštėja ir tampa plastiku, atvėsinami sukietėja ir vėl kaitinami suminkštėja. Tai fizikinis pokytis, dėl kurio kaitinant ir aušinant susidaro grįžtamasis būsenų pasikeitimas tarp skystos ir kietos. Kai kurios medžiagos buvo išrastos anksčiau, o kai kurios – gana naujos. Kai kurios yra bendrosios paskirties plastikai, o kai kurios medžiagos – specialiai sukurtos optinės plastikinės medžiagos, kurios yra konkrečiau naudojamos kai kuriose optikos srityse.

Optinio dizaino srityje galime matyti įvairių kompanijų medžiagų rūšis, tokias kaip EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 ir pan. Jos visos priklauso tam tikram plastiko tipui, o toliau išvardytos rūšys yra labiau paplitusios, jas rūšiuosime pagal jų pasirodymo laiką:

Plastikiniai lęšiai

• l PMMA/Akrilas:Poli(metilmetakrilatas), polimetilmetakrilatas (pleksiglasas, akrilas). Dėl mažos kainos, didelio pralaidumo ir didelio mechaninio stiprumo PMMA yra labiausiai paplitęs stiklo pakaitalas. Dauguma skaidrių plastikų yra pagaminti iš PMMA, pavyzdžiui, skaidrios lėkštės, skaidrūs šaukšteliai, maži šviesos diodai, lęšiai ir kt. PMMA masiškai gaminama nuo XX a. 4-ojo dešimtmečio.
• P. S.:Polistirenas, polistirenas, yra bespalvis ir skaidrus termoplastas, taip pat inžinerinis plastikas, kurio masinė gamyba pradėta 1930-aisiais. Daugelis mūsų gyvenime įprastų baltų putplasčio dėžučių ir pietų dėžučių yra pagamintos iš PS medžiagų.
• Kompiuteris:Polikarbonatas, polikarbonatas, taip pat yra bespalvis ir skaidrus amorfinis termoplastas, taip pat universalus plastikas. Jis buvo pramoniškai pradėtas gaminti tik septintajame dešimtmetyje. PC medžiagos atsparumas smūgiams yra labai geras, dažniausiai naudojamas vandens dozatorių kibiruose, akiniuose ir kt.
• l COP ir COC:Ciklinis olefino polimeras (COP), ciklinis olefino polimeras; Ciklinis olefino kopolimeras (COC). Ciklinis olefino kopolimeras yra amorfinė skaidri polimerinė medžiaga su žiedo struktūra, kurioje yra anglies-anglies dvigubos jungtys žiede. Cikliniai angliavandeniliai gaminami iš ciklinių olefinų monomerų savipolimerizacijos (COP) arba kopolimerizacijos (COC) su kitomis molekulėmis (pvz., etilenu) būdu. COP ir COC savybės yra beveik vienodos. Ši medžiaga yra gana nauja. Kai ji pirmą kartą buvo išrasta, ji daugiausia buvo svarstoma dėl kai kurių su optika susijusių pritaikymų. Dabar ji plačiai naudojama plėvelių, optinių lęšių, ekranų, medicinos (pakuotių butelių) pramonėje. COP pramoninė gamyba baigta apie 1990 m., o COC – iki 2000 m.
• l O-PET:Optinis poliesterio optinis poliesterio pluoštas, O-PET, buvo komercializuotas Osakoje 2010-aisiais.

Analizuodami optines medžiagas, daugiausia dėmesio skiriame jų optinėms ir mechaninėms savybėms.

Optinis pproperties

• Lūžio rodiklis ir dispersija

Lūžio rodiklis ir dispersija

Iš šios suvestinės diagramos matyti, kad skirtingos optinės plastikinės medžiagos iš esmės skirstomos į du intervalus: viena grupė – didelis lūžio rodiklis ir didelė dispersija; kita grupė – mažas lūžio rodiklis ir maža dispersija. Palyginus stiklo medžiagų lūžio rodiklio ir dispersijos pasirinkimo diapazoną, pamatysime, kad plastikinių medžiagų lūžio rodiklio pasirinkimo diapazonas yra labai siauras, o visos optinės plastikinės medžiagos turi santykinai mažą lūžio rodiklį. Apskritai plastikinių medžiagų pasirinkimo diapazonas yra siauresnis, o komercinių medžiagų rūšių yra tik apie 10–20, o tai labai riboja optinio dizaino laisvę medžiagų atžvilgiu.

Lūžio rodiklis kinta priklausomai nuo bangos ilgio: optinių plastikinių medžiagų lūžio rodiklis didėja didėjant bangos ilgiui, šiek tiek mažėja, o bendras rodiklis yra santykinai stabilus.

Lūžio rodiklio kitimas kinta priklausomai nuo temperatūros Dn/DT: Optinių plastikų lūžio rodiklio temperatūros koeficientas yra 6–50 kartų didesnis nei stiklo, tai yra neigiama vertė. Tai reiškia, kad kylant temperatūrai lūžio rodiklis mažėja. Pavyzdžiui, esant 546 nm bangos ilgiui ir -20 °C iki 40 °C temperatūrai, plastiko dn/dT vertė yra nuo -8 iki -15X10^–5/°C, o stiklo NBK7 vertė yra 3X10^–6/°C.

• Pralaidumas

Pralaidumas

Remiantis šiuo paveikslėliu, dauguma optinių plastikų pralaidumo koeficientas matomoje šviesoje yra didesnis nei 90 %; jie taip pat gerai praleidžia infraraudonųjų spindulių diapazonus – 850 nm ir 940 nm, kurie yra įprasti plataus vartojimo elektronikoje. Plastikinių medžiagų pralaidumas laikui bėgant taip pat tam tikru mastu mažėja. Pagrindinė priežastis yra ta, kad plastikas sugeria ultravioletinius saulės spindulius, o molekulinė grandinė nutrūksta, suyra ir susijungia, todėl pasikeičia fizikinės ir cheminės savybės. Akivaizdžiausia makroskopinė apraiška yra plastiko pageltimas.

• Įtempio dvilypumas

Lęšio refrakcija

Įtempio dvigubas lūžis (Birefringence) yra medžiagų optinė savybė. Medžiagų lūžio rodiklis yra susijęs su krintančios šviesos poliarizacijos būsena ir sklidimo kryptimi. Medžiagos pasižymi skirtingais lūžio rodikliais, esant skirtingoms poliarizacijos būsenoms. Kai kuriose sistemose šis lūžio rodiklio nuokrypis yra labai mažas ir neturi didelės įtakos sistemai, tačiau kai kuriose specialiose optinėse sistemose šio nuokrypio pakanka, kad smarkiai pablogėtų sistemos veikimas.

Pačios plastikinės medžiagos neturi anizotropinių savybių, tačiau plastikų liejimas įpurškimu sukelia įtempių dvigubą lūžimą. Pagrindinė priežastis yra liejimo metu atsirandantis įtempis ir plastikinių makromolekulių išsidėstymas po aušinimo. Įtempis paprastai susikaupia netoli įpurškimo angos, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Bendras projektavimo ir gamybos principas yra kuo labiau sumažinti įtempių dvigubą lūžimą optinėje efektyviojoje plokštumoje, todėl reikia tinkamai suprojektuoti lęšio struktūrą, liejimo formą ir gamybos parametrus. Iš daugelio medžiagų PC medžiagos yra labiau linkusios į įtempių dvigubą lūžimą (maždaug 10 kartų didesnės nei PMMA medžiagos), o COP, COC ir PMMA medžiagos turi mažesnį įtempių dvigubą lūžimą.