Plastični materiali in brizganje so osnova za miniaturizirane leče. Struktura plastične leče vključuje material leče, ohišje leče, nosilec leče, distančnik, senčilno folijo, material pritisnega obroča itd.

Obstaja več vrst materialov za plastične leče, vsi pa so v bistvu plastika (visokomolekularni polimer). To so termoplasti, plastike, ki se pri segrevanju zmehčajo in postanejo plastične, pri ohlajanju strdijo in pri ponovnem segrevanju zmehčajo. Fizična sprememba, ki povzroči reverzibilen prehod med tekočim in trdnim stanjem z uporabo segrevanja in ohlajanja. Nekateri materiali so bili izumljeni prej, nekateri pa so relativno novi. Nekateri so plastike za splošno uporabo, nekateri materiali pa so posebej razviti optični plastični materiali, ki se natančneje uporabljajo na nekaterih optičnih področjih.

Pri optičnem oblikovanju lahko vidimo materiale različnih podjetij, kot so EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 in tako naprej. Vsi spadajo v določeno vrsto plastičnega materiala, naslednje vrste pa so pogostejše in jih bomo razvrstili glede na čas nastanka:

Plastične leče

• l PMMA/akril:Poli(metilmetakrilat), polimetilmetakrilat (pleksi steklo, akril). Zaradi nizke cene, visoke prepustnosti in visoke mehanske trdnosti je PMMA najpogostejši nadomestek za steklo. Večina prozornih plastik je izdelanih iz PMMA, kot so prozorni krožniki, prozorne žlice in majhne LED diode, leče itd. PMMA se množično proizvaja od tridesetih let prejšnjega stoletja.
• PS:Polistiren, polistiren, je brezbarven in prozoren termoplast, pa tudi inženirska plastika, ki se je množično proizvajala v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Številne bele penaste škatle in škatle za malico, ki so pogoste v našem življenju, so izdelane iz PS materialov.
• Računalnik:Polikarbonat, polikarbonat, je tudi brezbarven in prozoren amorfni termoplast, ki je tudi plastika za splošno uporabo. Industrializiran je bil šele v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Odpornost PC materiala na udarce je zelo dobra, pogoste uporabe vključujejo vedra za razpršilnike vode, zaščitna očala itd.
• l COP in COC:Ciklični olefinski polimer (COP), ciklični olefinski polimer; ciklični olefinski kopolimer (COC) Ciklični olefinski kopolimer je amorfen prozoren polimerni material z obročasto strukturo, z dvojnimi vezmi ogljik-ogljik v obroču. Ciklični ogljikovodiki so narejeni iz cikličnih olefinskih monomerov s samopolimerizacijo (COP) ali kopolimerizacijo (COC) z drugimi molekulami (kot je etilen). Značilnosti COP in COC so skoraj enake. Ta material je relativno nov. Ko je bil prvič izumljen, je bil predvsem namenjen nekaterim optičnim aplikacijam. Zdaj se pogosto uporablja v filmski industriji, optičnih lečah, zaslonih in medicinski industriji (embalaža steklenic). Industrijska proizvodnja COP je bila končana okoli leta 1990, proizvodnja COC pa pred letom 2000.
• l O-PET:Optično poliestrsko optično poliestrsko vlakno, O-PET, je bilo komercializirano v Osaki v letu 2010.

Pri analizi optičnega materiala nas zanimajo predvsem njegove optične in mehanske lastnosti.

Optični pnepremičnine

• Lomni količnik in disperzija

Lomni količnik in disperzija

Iz tega povzetka diagrama je razvidno, da različni optični plastični materiali v osnovi spadajo v dva intervala: ena skupina ima visok lomni količnik in visoko disperzijo; druga skupina pa nizek lomni količnik in nizko disperzijo. Če primerjamo izbirni razpon lomnega količnika in disperzije steklenih materialov, ugotovimo, da je izbirni razpon lomnega količnika plastičnih materialov zelo ozek in da imajo vsi optični plastični materiali relativno nizek lomni količnik. Na splošno je razpon možnosti za plastične materiale ožji in obstaja le približno 10 do 20 komercialnih vrst materialov, kar v veliki meri omejuje svobodo optičnega oblikovanja glede materialov.

Lomni količnik se spreminja z valovno dolžino: Lomni količnik optičnih plastičnih materialov se z valovno dolžino povečuje, lomni količnik se nekoliko zmanjšuje in je na splošno relativno stabilen.

Lomni količnik se spreminja s temperaturo Dn/DT: Temperaturni koeficient lomnega količnika optičnih plastik je 6- do 50-krat večji od koeficienta stekla, kar je negativna vrednost, kar pomeni, da se lomni količnik z naraščanjem temperature zmanjšuje. Na primer, za valovno dolžino 546 nm, od -20 °C do 40 °C, je vrednost dn/dT plastičnega materiala od -8 do -15X10^–5/°C, medtem ko je vrednost steklenega materiala NBK7 3X10^–6/°C.

• Prepustnost

Prepustnost

Glede na to sliko ima večina optičnih plastik prepustnost več kot 90 % v vidnem svetlobnem pasu; imajo tudi dobro prepustnost za infrardeča pasova 850 nm in 940 nm, ki sta pogosta v potrošniški elektroniki. Prepustnost plastičnih materialov se sčasoma do neke mere zmanjša. Glavni razlog je, da plastika absorbira ultravijolične žarke sonca, molekularna veriga pa se prekine, razgradi in zamreži, kar povzroči spremembe fizikalnih in kemijskih lastnosti. Najbolj očitna makroskopska manifestacija je porumenelost plastičnega materiala.

• Stresna dvolomnost

Refrakcija leče

Dvolomnost napetosti (Birefrengence) je optična lastnost materialov. Lomni količnik materialov je povezan s stanjem polarizacije in smerjo širjenja vpadne svetlobe. Materiali kažejo različne lomne količnike za različna stanja polarizacije. Pri nekaterih sistemih je to odstopanje lomnega količnika zelo majhno in nima velikega vpliva na sistem, pri nekaterih posebnih optičnih sistemih pa je to odstopanje dovolj, da povzroči resno poslabšanje delovanja sistema.

Plastični materiali sami po sebi nimajo anizotropnih lastnosti, vendar brizganje plastike povzroči dvolomnost napetosti. Glavni razlog je napetost, ki nastane med brizganjem, in razporeditev plastičnih makromolekul po ohlajanju. Napetost je običajno koncentrirana v bližini brizgalne odprtine, kot je prikazano na spodnji sliki.

Splošno načelo načrtovanja in proizvodnje je zmanjšanje dvolomnosti napetosti v optični efektivni ravnini, kar zahteva razumno zasnovo strukture leče, kalupa za brizganje in proizvodnih parametrov. Med številnimi materiali so PC materiali bolj nagnjeni k dvolomnosti napetosti (približno 10-krat večji kot PMMA materiali), COP, COC in PMMA pa imajo nižjo dvolomnost napetosti.