RU2046392C1

RU2046392C1 - Method of protecting hologram optical elements applied onto bichromized gelatine

Info

Publication number: RU2046392C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Б. Камардин; З.Ю. Давлетшина; С.Л. Бучинская; С.А. Стрежнев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: holograms protection. SUBSTANCE: specific epoxy compound is used as polymer glue, which is applied onto the optical element. EFFECT: improved reliability; improved efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к технологии изготовления голограммных оптических элементов (ГОЭ) на бихромированной желатине (БХЖ), например, для нашлемных голограммных устройств, оптических систем кабинных авиационных дисплеев и т.д. Для обеспечения постоянства оптических характеристик ГОЭ на БХЖ в различных условиях эксплуатации на слой БХЖ наносятся защитные покрытия. The invention relates to optical instrumentation, and in particular to a technology for the manufacture of hologram optical elements (GOE) on bichromated gelatin (BCG), for example, for helmet-mounted hologram devices, optical systems for cabin aviation displays, etc. To ensure the constancy of the optical characteristics of the GOE on BCG under various operating conditions, protective coatings are applied to the BCG layer.

Известен способ защиты оптических деталей тропического исполнения от воздействия влаги воздуха и биологических повреждений, заключающийся в последовательном нанесении на поверхность деталей гидрофобного покрытия из толуольного раствора полидиметил(винилметил)- α ω -дигидроксисилоксана и фунгицидного покрытия из водного или спиртового раствора уксуснокислой ртути [1] Указанный способ позволяет надежно защитить оптические детали из кристаллов и стекла от воздействия влаги воздуха. A known method of protecting optical parts of tropical design from exposure to moisture and biological damage, which consists in sequentially applying to the surface of the parts of a hydrophobic coating of a toluene solution of polydimethyl (vinylmethyl) - α ω-dihydroxy siloxane and a fungicidal coating of an aqueous or alcoholic solution of mercuric acetic acid [1] The method allows you to reliably protect optical parts made of crystals and glass from moisture.

Однако ГОЭ на БХЖ, защищенные по этому способу, не выдерживают температурно-влажностных воздействий (температура 40^оС, относительная влажность 98% ) в течение 1 сут: происходит падение дифракционной эффективности на 10-20% и смещение максимума дифракционной эффективности на 10-15 нм.However, the HOE for BHZH protected by this method can not withstand the temperature and humidity influences (temperature 40 ^{° C,} relative humidity 98%) for 1 day: diffraction efficiency drop occurs in 10-20% of the maximum displacement and the diffraction efficiency at 10-15 nm

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ защиты ГОЭ на БХЖ, включающий операции последовательного нанесения на оптическую поверхность ГОЭ со стороны слоя БХЖ слоя фторопластового лака Ф-32 "ЛВ" или Ф-32 "ЛОН", слоя оптического клея ОК-72ФТ, размещения на слое указанного клея покровного силикатного стекла с последующим отверждением оптического клея ОК-72ФТ [2] Операция нанесения фторо- пластового лака на поверхность ГОЭ заключается в том, что на горизонтально расположенный ГОЭ равномерно по всей поверхности наливают фторопластовый лак, представляющий собой раствор фторопласта в органических растворителях. Для равномерного формирования фторо- пластовой пленки на оптической поверхности ГОЭ на БХЖ его накрывают стеклянным колпаком, оставляя зазор 0,3-3,0 мм между основанием колпака и поверхностью нивелировочного столика, на котором расположен ГОЭ на БХЖ, для испарения органических растворителей в течение 1-5 сут. Операция нанесения оптического клея ОК-72ФТ заключается в том, что на горизонтально расположенное покровное силикатное стекло наносят слой оптического клея ОК-72ФТ и на него накладывают ГОЭ, оптическая поверхность которого покрыта пленкой из фторопласта. Способ-прототип позволяет надежно защищать ГОЭ на БХЖ от температурно-влажностных воздействий, обеспечивая постоянство оптических характеристик ГОЭ на БХЖ в различных условиях эксплуатации. The closest in technical essence to the invention is a method for protecting GOE on BCG, including the steps of sequentially applying on the optical surface of GOE from the side of the BCG layer a layer of F-32 "LV" or F-32 "LON" fluoroplastic varnish, a layer of OK-72FT optical glue, placing on a layer of the specified adhesive cover silicate glass with subsequent curing of the optical adhesive OK-72FT [2] The operation of applying fluoroplastic varnish on the surface of the GOE is that on a horizontally located GOE uniformly over the entire surface of the filling fluoroplastic varnish is a solution of fluoroplastic in organic solvents. For uniform formation of a fluoroplastic film on the optical surface of the GOE on the BCG, it is covered with a glass cap, leaving a gap of 0.3-3.0 mm between the base of the cap and the surface of the leveling table on which the GOE on the BCG is located, for evaporation of organic solvents for 1 -5 days The operation of applying OK-72FT optical glue consists in applying a layer of OK-72FT optical glue to a horizontally positioned cover silicate glass and applying a GOE, the optical surface of which is coated with a fluoroplastic film. The prototype method allows you to reliably protect the GOE on BCG from temperature and humidity effects, ensuring the constancy of the optical characteristics of the GOE on BCG in various operating conditions.

Однако в способе-прототипе операция нанесения на оптическую поверхность ГОЭ на БХЖ фторопластового лака является нетехнологичной, поскольку формирование пленки из фторопласта на поверхности ГОЭ происходит путем испарения органических растворителей из фторопластового лака, загрязняя при этом воздух категорийных производственных помещений. Кроме того, при такой операции нанесения фторопластового лака происходит образование неравномерной по толщине пленки из фторопласта, в особенности при формировании пленки из фторопласта на сферических поверхностях. Неравномерная по толщине пленка из фторопласта приводит к повышению рассеивания света в целом ГОЭ на БХЖ. Исключение операции нанесения фторопластового лака при использовании оптического клея ОК-72ФТ приводит к образованию на оптической поверхности ГОЭ на БХЖ дефектных участков, так называемых "серых пятен", в которых происходит смещение длины волны максимума дифракционной эффективности (λ_max) и, как следствие, снижение дифракционной эффективности, а также увеличение светорассеяния ГОЭ на БХЖ.However, in the prototype method, the operation of applying a fluoroplastic varnish to a BOE on the optical surface of a GOE is not technologically advanced, since the formation of a film of fluoroplastic on the surface of a GOE occurs by evaporation of organic solvents from the fluoroplastic varnish, while polluting the air of categorical production facilities. In addition, during this operation of applying the fluoroplastic varnish, the formation of a fluoroplastic film uneven in thickness occurs, especially when forming a fluoroplastic film on spherical surfaces. Fluoroplastic film, uneven in thickness, leads to an increase in light scattering in the general GOE on BCG. The exclusion of the operation of applying fluoroplastic varnish when using OK-72FT optical glue leads to the formation of defective areas on the optical surface of GOE on BCG, the so-called “gray spots”, in which the wavelength shift of the maximum diffraction efficiency (λ _max ) occurs and, as a result, the decrease diffraction efficiency, as well as an increase in light scattering of GOE on BCG.

Целью изобретения является повышение технологичности способа защиты и качества ГОЭ на БХЖ. The aim of the invention is to improve the manufacturability of the protection method and the quality of GOE on BCG.

Цель достигается тем, что в способе защиты ГОЭ на БХЖ, включающем нанесение на оптическую поверхность ГОЭ слоя полимерного клея, размещения на нем покровного силикатного стекла с последующим отверждением полимерного клея, в качестве полимерного клея используют эпоксидную композицию при следующем соотношении компонентов, мас. Диглицидиловый эфир дифенилолпропана 52-69 Диглицидиловый эфир диэтиленгликоля 7-22 Моно-N-(β -цианэтил)-ди- этилентриамин 24-26
Способ защиты ГОЭ на БХЖ осуществляют путем выполнения следующих операций. На горизонтально расположенное покровное стекло наливают полимерный клей указанной выше эпоксидной композиции из расчета 0,05-0,10 мл на 1 мм² поверхности покровного стекла, на слое полимерного клея размещают ГОЭ со стороны слоя БХЖ. Полимерный клей отверждают при комнатной (20 ± 2^оС) температуре в течение 12-16 ч, после чего лезвием удаляют излишки затвердевшего клея с торцов склеенных деталей. Доотверждение полимерного клея производят по режиму: нагревание до 70-80^оС со скоростью 0,5-1,0 град./мин, выдержка при 70-80^оС в течение 2-3 ч и охлаждение до комнатной (20 ± 2^оС) температуры со скоростью естественного охлаждения термошкафа.The goal is achieved by the fact that in the method of protecting GOE on BCG, including applying a layer of polymer glue to the optical surface of GOE, placing silicate glass on it, followed by curing of the polymer glue, an epoxy composition is used as the polymer glue in the following ratio of components, wt. Diphenylol propane diglycidyl ether 52-69 diethylene glycol diglycidyl ether 7-22 Mono-N- (β-cyanoethyl) -di-ethylenetriamine 24-26
The way to protect the GOE on BCG is carried out by performing the following operations. A polymer adhesive of the above epoxy composition is poured onto a horizontally placed coverslip at the rate of 0.05-0.10 ml per 1 mm ^{2 of the} surface of the coverslip; on the layer of polymer adhesive, GOE is placed on the side of the BCG layer. The polymeric adhesive is cured at room temperature (20 ± 2 ° ^C) temperature for 12-16 hours, after which the hardened blade removed excess adhesive from the ends of the bonded parts. Aftercuring adhesive polymer produced by regime: heating to 70-80 ^{° C} at a rate of 0.5-1.0 ° C / min, holding at 70-80 ^{° C} for 2-3 hours and cooling to room temperature ^(about 20 ± 2. C) temperature with the speed of natural cooling of the heating cabinet.

Предлагаемым способом были защищены ГОЭ, полученные на слое БХЖ путем регистрации интерференционной картины взаимодействия двух пучков света аргонового лазера в контрнаправленной схеме. Дифракционная эффективность ГОЭ на БХЖ до защиты составляла 85% в максимуме дифракционной эффективности λ_max546 нм.The proposed method protected the GOE obtained on the BCG layer by recording the interference pattern of the interaction of two light beams of an argon laser in a counter-directional scheme. The diffraction efficiency of the GOE on BCG before protection was 85% at the maximum diffraction efficiency λ _max 546 nm.

Состав полимерного клея, используемого в примерах конкретного выполнения, приведен в таблице. The composition of the polymer adhesive used in the specific examples is shown in the table.

Измерение дифракционной эффективности образцов ГОЭ на БХЖ до и после защиты по предлагаемому способу показало, что после защиты ГОЭ на БХЖ положение длины волны в максимуме дифракционной эффективности (λ_max), а также величина дифракционной эффективности в максимуме дифракционной эффективности (ρ_max) при λ_max не изменились: ρ_max 85% при λ_max546 нм. Не обнаружено также увеличения светорассеяния на ГОЭ на БХЖ после их защиты, поскольку при использовании предлагаемого способа защиты ГОЭ на БХЖ на их оптической поверхности не наблюдалось дефектов в виде "серых пятен".Measurement of the diffraction efficiency of GOE samples on BCG before and after protection by the proposed method showed that after protection of GOE on BCG, the position of the wavelength at the maximum diffraction efficiency (λ _max ), as well as the value of diffraction efficiency at the maximum diffraction efficiency (ρ _max ) at λ _max not changed: ρ _max 85% at λ _max 546 nm. There was also no increase in light scattering by GOE on BCG after their protection, since when using the proposed method for protecting GOE on BCG, no defects in the form of "gray spots" were observed on their optical surface.

Применение диглицидилового эфира дифенилолпропана более 69 мас. и соответственно диглицидилового эфира диэтиленгликоля менее 7 мас. приводит к появлению дефектов на оптической поверхности ГОЭ на БХЖ в виде "пузырей" из-за большой вязкости эпоксидной композиции. Применение диглицидилового эфира дифенилолпропана менее 52 мас. и соответственно диглицидилового эфира диэтиленгликоля более 22 мас. приводит к смещению длины волны λ_max в коротковолновую область спектра более чем на 10 нм. Использование моно-N-(β -цианэтил)-диэтилентриамина более 26 мас. существенно увеличивает светорассеяние ГОЭ на БХЖ. Применение моно-N-(β -цианэтил)-диэтилентриамина менее 24 мас. увеличивает время отверждения при комнатной температуре более суток и снижает устойчивость защищенных ГОЭ на БХЖ к температурно-влажностным воздействиям.The use of diglycidyl ether diphenylolpropane more than 69 wt. and accordingly diglycidyl ether of diethylene glycol less than 7 wt. leads to the appearance of defects on the optical surface of the GOE on BCG in the form of "bubbles" due to the high viscosity of the epoxy composition. The use of diphenylolpropane diglycidyl ether is less than 52 wt. and accordingly diglycidyl ether of diethylene glycol more than 22 wt. leads to a shift of the wavelength λ _max in the short-wavelength region of the spectrum by more than 10 nm. The use of mono-N- (β-cyanoethyl) diethylenetriamine more than 26 wt. significantly increases light scattering of GOE on BCG. The use of mono-N- (β-cyanoethyl) diethylenetriamine less than 24 wt. increases the curing time at room temperature for more than a day and reduces the resistance of protected GOEs to BCG to temperature and humidity effects.

ГОЭ на БХЖ, защищенные по предлагаемому способу, устойчивы к температурно-влажностным воздействиям (температура 40^оС, относительная влажность 98%) и термоудару (± 60^оС).GREs at BHZH protected by the inventive method, are resistant to temperature and humidity influences (temperature 40 ^{° C,} relative humidity 98%) and thermal shock (± 60 ° ^C).

Таким образом, способ защиты ГОЭ на БХЖ повышает как технологичность процесса, так и качество ГОЭ на БХЖ и по указанным причинам способствует повышению производительности труда за счет исключения операции нанесения фторопластового лака и сокращения общего времени процесса защиты ГОЭ на БХЖ с 2-6 сут до 17-24 ч. Thus, the method of protecting the GOE on BCG improves both the processability and the quality of the GOE on the BCG and, for the indicated reasons, improves labor productivity by eliminating the operation of applying fluoroplastic varnish and reducing the total time of the process of protecting the GOE on the BCG from 2-6 days to 17 -24 hours

Claims

METHOD FOR PROTECTING HOLOGRAM OPTICAL ELEMENTS ON A BARCHROWED GELATINE, comprising applying a layer of polymer glue to the optical surface of a hologram optical element, placing silicate glass on it followed by curing of the polymer glue, characterized in that the epoxy composition is used as the polymer glue for the following components .

Diphenylolpropane diglycidyl ether 52 69
Diethylene glycol diglycidyl ether 7 22
Mono-N- (β-cyanoethyl) diethylenetriamine 24 26