Plastové materiály a vstrekovanie plastov sú základom miniaturizovaných šošoviek. Štruktúra plastovej šošovky zahŕňa materiál šošovky, tubus šošovky, bajonet šošovky, dištančnú vložku, tieniacu fóliu, materiál prítlačného krúžku atď.

Existuje niekoľko typov materiálov na plastové šošovky, pričom všetky sú v podstate plastové (vysokomolekulárne polyméry). Sú to termoplasty, plasty, ktoré pri zahrievaní zmäknú a stanú sa plastickými, pri ochladení stvrdnú a pri opätovnom zahrievaní zmäknú. Ide o fyzikálnu zmenu, ktorá spôsobuje reverzibilnú zmenu medzi kvapalným a pevným skupenstvom pomocou zahrievania a chladenia. Niektoré materiály boli vynájdené skôr a niektoré sú relatívne nové. Niektoré sú plasty na všeobecné použitie a niektoré materiály sú špeciálne vyvinuté optické plasty, ktoré sa konkrétnejšie používajú v niektorých optických oblastiach.

V optickom dizajne môžeme vidieť materiály rôznych spoločností, ako napríklad EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 atď. Všetky patria k určitému typu plastu a nasledujúce typy sú bežnejšie a zoradíme ich podľa času ich vzniku:

Plastové šošovky

• l PMMA/akryl:Poly(metylmetakrylát), polymetylmetakrylát (plexisklo, akrylát). Vďaka svojej nízkej cene, vysokej priepustnosti svetla a vysokej mechanickej pevnosti je PMMA najbežnejšou náhradou skla. Väčšina priehľadných plastov sa vyrába z PMMA, ako sú priehľadné taniere, priehľadné lyžičky a malé LED diódy, šošovky atď. PMMA sa hromadne vyrába od 30. rokov 20. storočia.
• PS:Polystyrén, polystyrén, je bezfarebný a priehľadný termoplast, ako aj technický plast, ktorého hromadná výroba sa začala v 30. rokoch 20. storočia. Mnohé biele penové krabičky a obedárky, ktoré sú bežné v našich životoch, sú vyrobené z PS materiálov.
• Počítač:Polykarbonát, polykarbonát, je tiež bezfarebný a priehľadný amorfný termoplast a je to tiež univerzálny plast. Priemyselne sa začal používať až v 60. rokoch 20. storočia. PC materiál má veľmi dobrú odolnosť voči nárazu, medzi bežné aplikácie patria vedrá na dávkovače vody, ochranné okuliare atď.
• l COP a COC:Cyklický olefínový polymér (COP), cyklický olefínový polymér; cyklický olefínový kopolymér (COC) Cyklický olefínový kopolymér je amorfný transparentný polymérny materiál s kruhovou štruktúrou s dvojitými väzbami uhlík-uhlík v kruhu. Cyklické uhľovodíky sa vyrábajú z cyklických olefínových monomérov samopolymerizáciou (COP) alebo kopolymerizáciou (COC) s inými molekulami (ako je etylén). Vlastnosti COP a COC sú takmer rovnaké. Tento materiál je relatívne nový. Keď bol prvýkrát vynájdený, bol zvažovaný hlavne pre niektoré optické aplikácie. V súčasnosti sa široko používa vo filmovom priemysle, optických šošovkách, displejoch a medicínskom priemysle (obaly na fľaše). Priemyselná výroba COP sa začala okolo roku 1990 a výroba COC pred rokom 2000.
• l O-PET:Optické polyesterové optické polyesterové vlákno, O-PET, bolo komercializované v Osake v roku 2010.

Pri analýze optických materiálov sa zaoberáme najmä ich optickými a mechanickými vlastnosťami.

Optické pnehnuteľnosti

• Index lomu a disperzia

Index lomu a disperzia

Z tohto súhrnného diagramu je zrejmé, že rôzne optické plastové materiály sa v podstate delia do dvoch intervalov: jedna skupina má vysoký index lomu a vysokú disperziu; druhá skupina má nízky index lomu a nízku disperziu. Porovnaním voliteľného rozsahu indexu lomu a disperzie sklenených materiálov zistíme, že voliteľný rozsah indexu lomu plastových materiálov je veľmi úzky a všetky optické plastové materiály majú relatívne nízky index lomu. Vo všeobecnosti je rozsah možností plastových materiálov užší a existuje len približne 10 až 20 komerčných druhov materiálov, čo do značnej miery obmedzuje slobodu optického dizajnu z hľadiska materiálov.

Index lomu sa mení s vlnovou dĺžkou: Index lomu optických plastových materiálov sa zvyšuje s vlnovou dĺžkou, index lomu mierne klesá a celkovo je relatívne stabilný.

Index lomu sa mení s teplotou Dn/DT: Teplotný koeficient indexu lomu optických plastov je 6-krát až 50-krát väčší ako u skla, čo je záporná hodnota, čo znamená, že so zvyšujúcou sa teplotou sa index lomu znižuje. Napríklad pre vlnovú dĺžku 546 nm, -20 °C až 40 °C, je hodnota dn/dT plastového materiálu -8 až -15X10^–5/°C, zatiaľ čo naopak, hodnota skleneného materiálu NBK7 je 3X10^–6/°C.

• Priepustnosť

Priepustnosť

Z tohto obrázku vyplýva, že väčšina optických plastov má priepustnosť svetla viac ako 90 % v pásme viditeľného svetla; majú tiež dobrú priepustnosť v infračervených pásmach 850 nm a 940 nm, ktoré sú bežné v spotrebnej elektronike. Priepustnosť plastových materiálov sa časom tiež do určitej miery znižuje. Hlavným dôvodom je, že plast absorbuje ultrafialové lúče na slnku a molekulárny reťazec sa rozpadá, degraduje a zosieťuje, čo vedie k zmenám fyzikálnych a chemických vlastností. Najzreteľnejším makroskopickým prejavom je žltnutie plastového materiálu.

• Dvojlom stresu

Refrakcia šošovky

Dvojlom v napätí (Birefringence) je optická vlastnosť materiálov. Index lomu materiálov súvisí so stavom polarizácie a smerom šírenia dopadajúceho svetla. Materiály vykazujú rôzne indexy lomu pre rôzne stavy polarizácie. Pre niektoré systémy je táto odchýlka indexu lomu veľmi malá a nemá veľký vplyv na systém, ale pre niektoré špeciálne optické systémy je táto odchýlka dostatočná na to, aby spôsobila vážne zníženie výkonu systému.

Samotné plastové materiály nemajú anizotropné vlastnosti, ale vstrekovanie plastov spôsobuje dvojlom napätia. Hlavným dôvodom je napätie vznikajúce počas vstrekovania a usporiadanie plastových makromolekúl po ochladení. Napätie je vo všeobecnosti sústredené v blízkosti vstrekovacieho otvoru, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Všeobecným princípom návrhu a výroby je minimalizovať dvojlom napätia v opticky efektívnej rovine, čo si vyžaduje rozumný návrh štruktúry šošovky, formy na vstrekovanie plastov a výrobných parametrov. Spomedzi viacerých materiálov sú PC materiály náchylnejšie na dvojlom napätia (približne 10-krát väčší ako PMMA materiály) a COP, COC a PMMA materiály majú nižší dvojlom napätia.