Plastik malzemeler ve enjeksiyon kalıplama, minyatürleştirilmiş lenslerin temelini oluşturur. Plastik lensin yapısı; lens malzemesi, lens gövdesi, lens yuvası, ara parça, gölgeleyici tabaka, baskı halkası malzemesi vb. unsurları içerir.

Plastik lensler için çeşitli lens malzemesi türleri vardır ve bunların hepsi özünde plastiktir (yüksek moleküler polimer). Bunlar termoplastiklerdir; ısıtıldığında yumuşayıp plastik hale gelen, soğutulduğunda sertleşen ve tekrar ısıtıldığında yumuşayan plastiklerdir. Isıtma ve soğutma kullanılarak sıvı ve katı haller arasında tersine çevrilebilir bir değişim sağlayan fiziksel bir değişimdir. Bazı malzemeler daha önce icat edilmiş, bazıları ise nispeten yenidir. Bazıları genel amaçlı uygulama plastikleridir, bazıları ise belirli optik alanlarda daha özel olarak kullanılan özel olarak geliştirilmiş optik plastik malzemelerdir.

Optik tasarımda, EP8000, K26R, APL5015, OKP-1 gibi çeşitli firmaların malzeme kalitelerini görebiliriz. Bunların hepsi belirli bir plastik malzeme türüne aittir ve aşağıdaki türler daha yaygındır; bunları ortaya çıkış zamanlarına göre sıralayacağız:

plastik lensler

• PMMA/Akrilik:Poli(metil metakrilat), polimetil metakrilat (pleksiglas, akrilik). Ucuz fiyatı, yüksek geçirgenliği ve yüksek mekanik dayanımı nedeniyle PMMA, günlük hayatta en yaygın cam ikamesidir. Şeffaf tabaklar, şeffaf kaşıklar ve küçük LED lensler gibi şeffaf plastiklerin çoğu PMMA'dan yapılır. PMMA, 1930'lardan beri seri olarak üretilmektedir.
• PS:Polistiren, renksiz ve şeffaf bir termoplastik ve mühendislik plastiğidir ve seri üretimine 1930'larda başlanmıştır. Günlük hayatımızda sıkça kullandığımız beyaz köpük kutuların ve yemek kutularının çoğu PS malzemelerinden üretilmiştir.
• Bilgisayar:Polikarbonat, renksiz ve şeffaf amorf bir termoplastiktir ve genel amaçlı bir plastiktir. Sanayileştirilmesi ancak 1960'larda gerçekleşmiştir. Polikarbonat malzemenin darbe dayanımı çok iyidir; yaygın kullanım alanları arasında su sebili kovaları, koruyucu gözlükler vb. bulunur.
• COP ve COC:Siklik Olefin Polimeri (COP), Siklik Olefin Kopolimeri (COC) Siklik olefin kopolimeri, halka yapısında karbon-karbon çift bağları bulunan, amorf, şeffaf bir polimer malzemedir. Siklik hidrokarbonlar, siklik olefin monomerlerinden kendi kendine polimerizasyon (COP) veya diğer moleküllerle (örneğin etilen) kopolimerizasyon (COC) yoluyla üretilir. COP ve COC'nin özellikleri neredeyse aynıdır. Bu malzeme nispeten yenidir. İlk icat edildiğinde, esas olarak optik ile ilgili bazı uygulamalar için düşünülmüştü. Şimdi film, optik lens, ekran, tıbbi (şişe ambalajı) endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. COP'nin endüstriyel üretimi 1990 civarında, COC'nin endüstriyel üretimi ise 2000'den önce tamamlanmıştır.
• l O-PET:Optik polyester elyaf (O-PET), 2010'lu yıllarda Osaka'da ticarileştirildi.

Optik bir malzemeyi analiz ederken, esas olarak optik ve mekanik özellikleriyle ilgileniriz.

Optik pmülkler

• Kırılma İndeksi ve Dağılım

Kırılma indisi ve dağılım

Bu özet diyagramdan da görülebileceği gibi, farklı optik plastik malzemeler temelde iki gruba ayrılır: bir grup yüksek kırılma indisi ve yüksek dağılıma sahipken, diğer grup düşük kırılma indisi ve düşük dağılıma sahiptir. Cam malzemelerin kırılma indisi ve dağılım seçenekleriyle karşılaştırıldığında, plastik malzemelerin kırılma indisi seçeneklerinin çok dar olduğu ve tüm optik plastik malzemelerin nispeten düşük kırılma indisine sahip olduğu görülmektedir. Genel olarak, plastik malzemeler için seçenek aralığı daha dardır ve yalnızca yaklaşık 10 ila 20 ticari malzeme sınıfı bulunmaktadır; bu da malzeme açısından optik tasarım özgürlüğünü büyük ölçüde sınırlandırmaktadır.

Kırılma indisi dalga boyuna göre değişir: Optik plastik malzemelerin kırılma indisi dalga boyuyla artar, kırılma indisi hafifçe azalır ve genel olarak nispeten sabittir.

Kırılma indisi sıcaklıkla değişir (Dn/DT): Optik plastiklerin kırılma indisi sıcaklık katsayısı, camınkinden 6 ila 50 kat daha büyüktür ve negatif bir değerdir; bu da sıcaklık arttıkça kırılma indisinin azaldığı anlamına gelir. Örneğin, 546 nm dalga boyu için, -20°C ila 40°C arasında, plastik malzemenin dn/dT değeri -8 ila -15 x 10⁻⁵/°C iken, NBK7 cam malzemesinin değeri 3 x 10⁻⁶/°C'dir.

• Geçirgenlik

Geçirgenlik

Bu resme bakıldığında, çoğu optik plastik, görünür ışık bandında %90'ın üzerinde geçirgenliğe sahiptir; ayrıca tüketici elektroniğinde yaygın olarak kullanılan 850nm ve 940nm kızılötesi bantlarında da iyi bir geçirgenliğe sahiptirler. Plastik malzemelerin geçirgenliği zamanla belirli bir ölçüde azalacaktır. Bunun temel nedeni, plastiğin güneşteki ultraviyole ışınlarını emmesi ve moleküler zincirin kırılarak bozulması ve çapraz bağlanmasıdır; bu da fiziksel ve kimyasal özelliklerde değişikliklere yol açar. En belirgin makroskopik belirti, plastik malzemenin sararmasıdır.

• Gerilim Çift Kırılması

Mercek Kırılması

Gerilim çift kırınımı (Çift Kırılma), malzemelerin optik bir özelliğidir. Malzemelerin kırılma indisi, gelen ışığın polarizasyon durumu ve yayılma yönüyle ilişkilidir. Malzemeler, farklı polarizasyon durumları için farklı kırılma indisleri sergiler. Bazı sistemler için bu kırılma indisi sapması çok küçüktür ve sistem üzerinde büyük bir etkiye sahip değildir, ancak bazı özel optik sistemler için bu sapma, sistem performansında ciddi bozulmaya neden olacak kadar yeterlidir.

Plastik malzemelerin kendileri anizotropik özelliklere sahip değildir, ancak plastiklerin enjeksiyon kalıplama işlemi gerilim çift kırılmasına neden olur. Bunun temel nedeni, enjeksiyon kalıplama sırasında oluşan gerilim ve soğuma sonrasında plastik makromoleküllerin düzenlenmesidir. Gerilim genellikle aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi enjeksiyon ağzının yakınında yoğunlaşır.

Genel tasarım ve üretim prensibi, optik etkin düzlemdeki gerilim çift kırılmasını en aza indirmektir; bu da lens yapısının, enjeksiyon kalıplama kalıbının ve üretim parametrelerinin makul bir şekilde tasarlanmasını gerektirir. Çeşitli malzemeler arasında, PC malzemeleri gerilim çift kırılmasına daha yatkındır (PMMA malzemelerine göre yaklaşık 10 kat daha büyük), COP, COC ve PMMA malzemeleri ise daha düşük gerilim çift kırılmasına sahiptir.