塑料材料和注塑成型是小型化镜片的基础。塑料镜片的结构包括镜片材料、镜筒、镜头卡口、垫片、遮光片、压环材料等。

塑料镜片有几种类型的镜片材料，这些材料本质上都是塑料（高分子聚合物）。它们是热塑性塑料，加热时会软化并变成塑料，冷却时会变硬，再次加热时会软化。这是一种物理变化，通过加热和冷却在液态和固态之间产生可逆变化。有些材料发明得更早，有些相对较新。有些是通用的应用塑料，有些材料是专门开发的光学塑料材料，在某些光学领域有更具体的应用。

在光学设计中，我们可能会看到各种公司的材料等级，例如EP8000、K26R、APL5015、OKP-1等。它们都属于某种类型的塑料材料，以下几种类型比较常见，我们将根据它们的出现时间对它们进行分类：

l PMMA/丙烯酸：聚（甲基丙烯酸甲酯），聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃、丙烯酸）。PMMA由于其价格便宜、高透光率和高机械强度，是生活中最常见的玻璃替代品。大多数透明塑料由PMMA制成，例如透明板、透明勺子和小型LED。自20世纪30年代以来，PMMA已经大规模生产。

PS：聚苯乙烯。聚苯乙烯是一种无色透明的热塑性塑料，也是一种工程塑料，于20世纪30年代开始大规模生产。我们生活中常见的许多白色泡沫盒和饭盒都是由PS材料制成的。

PC：聚碳酸酯。聚碳酸酯也是一种无色透明的无定形热塑性塑料，也是一种通用塑料。它直到20世纪60年代才实现工业化。PC材料的抗冲击性非常好，常见的应用包括饮水机桶、护目镜等。

l COP&COC：环烯烃聚合物（COP）；环烯烃共聚物（COC）。环烯烃共聚物是一种具有环状结构的无定形透明高分子材料，环内有碳-碳双键。环状烃由环烯烃单体通过自聚合（COP）或与其他分子（如乙烯）共聚（COC）制成。COP和COC的特征几乎相同。这种材料相对较新。当它最初被发明时，它主要被考虑用于一些光学相关的应用。现已广泛应用于薄膜、光学镜片、显示器、医疗（包装瓶）等行业。COP在1990年左右完成了工业生产，COC在2000年之前完成了工业生产。

l O-PET：光学聚酯纤维。O-PET于2010年代在大阪商业化。

在分析光学材料时，我们主要关注它们的光学和机械性能。

塑料镜片的光学特性

1.折射率和色散

从这个汇总图中可以看出，不同的光学塑料材料基本上分为两组：一组是高折射率和高色散；另一组是低折射率和低色散。比较玻璃材料的折射率和色散的可选范围，我们会发现塑料材料的折射率的可选范围很窄，并且所有光学塑料材料的折射率都相对较低。一般来说，塑料材料的选择范围较窄，只有大约10到20个商业材料等级，这在很大程度上限制了光学设计在材料方面的自由度。

折射率随波长变化：光学塑料材料的折射率随着波长的增加而增加，折射率略有下降，整体相对稳定。

折射率随温度变化Dn/DT：光学塑料折射率的温度系数是玻璃的6倍至50倍，这是一个负值，表示随着温度的升高，折射率降低。例如，对于546nm、-20°C至40°C的波长，塑料材料的dn/dT值为-8至-15X10^–5/°C，而相比之下，玻璃材料NBK7的值为3X10^–6/°C。

2.透光率

参考这张图，大多数光学塑料在可见光波段的透光率在90%以上；它们对消费电子产品中常见的850nm和940nm的红外波段也具有良好的透射率。塑料材料的透光率也会随着时间的推移而在一定程度上下降。主要原因是塑料吸收了阳光中的紫外线，分子链断裂降解并交联，导致理化性质发生变化。最明显的宏观表现是塑料材料的黄变。

3.应力双折射

应力双折射（Birefringence）是材料的一种光学特性。材料的折射率与入射光的偏振状态和传播方向有关。对于不同的偏振态，材料表现出不同的折射率。对于某些系统，这种折射率偏差非常小，对系统的影响不大，但对于某些特殊的光学系统，这种偏差足以导致系统性能严重退化。

塑料材料本身不具有各向异性特性，但塑料的注塑成型会引入应力双折射。主要原因是注塑成型过程中引入的应力和冷却后塑料大分子的排列。应力一般集中在注射口附近，如图所示。一般的设计和生产原则是尽量减少光学有效平面中的应力双折射，这就要求对透镜结构、注塑模具和生产参数进行合理的设计。在几种材料中，PC材料更容易发生应力双折射（比PMMA材料大约10倍），COP，COC和PMMA材料的应力双折射较低。