构造薄膜镜的方法

专利名称：构造薄膜镜的方法
技术领域：
本发明涉及一种构造薄膜镜的方法。
技术背景薄膜镜是已知的。它们用来在图像显示设备中产生大视场显示器。 图像显示设备可为仿真、休闲、可视化或计算机设计提供显示器。在用于仿真的显示器中，薄膜镜一般用作准直(collimated)或近似准直 的离轴显示器的部件。薄膜镜还用于例如太阳能收集器和望远镜之类 的其它应用中。薄膜镜利用薄膜构造。该薄膜通常是聚合物薄膜，例如聚对苯二 曱酸乙二酯，或其它的适用的薄膜。薄膜具有一个已经镀铝以提供反 射面的表面。薄膜镜的几何精度是确定镜的品质以及镜的实用性的主要因素。 在图像显示设备中尤其如此。不是平面薄膜镜的薄膜镜一般利用吸室 构造。这种非平面薄膜镜的几何精度取决于吸室边缘的精度、将薄膜 加到吸室边缘的方法和当向薄膜的任一侧施加差压时薄膜的变形。非平面的、弯曲的薄膜镜可利用具有各种形状的吸室形成。对于 球面镜，吸室的边缘一般处于球的表面上。吸室的圆形边缘由小圆限 定，该小圆是由球和未经过该球中心的平面相交形成的圆。替代地， 吸室可被用于利用具有复杂边缘的吸室来构造球面镜，该复杂边缘包 括小圆的部分、或大圆的部分、或小圆的部分和大圆的部分的组合。 大圆是由球和经过该球中心的平面相交形成的。具有复杂边缘的这类 吸室用来形成在用于仿真用途的准直图像显示设备中使用的薄膜镜。用于形成薄膜镜的薄膜最初为一大张。该薄膜在没有初始张力的 情况下被加到吸室。薄膜中的张力在施加吸力或差压时产生，并且该 薄膜被反吸到吸室中。当薄膜中的张力在薄膜整个表面上接近均一时，将会得到理想的形状。众所周知，以这种方式构造的薄膜镜具有性能 不令人满意的区域，因为在这个区域薄膜中的张力不均一。这个区域 一般是薄膜镜的边界区域，该边界区域是薄膜的邻近吸室边缘的部分。 在边界区域，薄膜镜的几何形状不够精确而不能使用，因此多数情况 下这个区域不得不被覆盖或遮挡以便不会看到。这个不可用的边界区域被称为镜不工作区域(deadband)。镜的不工作区域可能包括薄膜镜的相当大的部分。这又要求薄膜镜被构造为比假设整个薄膜镜能够使用的情况下大很多。发明内容本发明的目的是提供一种制造薄膜镜的方法，这种方法减少了镜 的不工作区域。因此，在本发明的一个非限制性实施例中，提供一种构造薄膜镜 的方法，该方法包4舌(i) 将薄膜附接到吸室，该吸室具有用来附接薄膜并且处于要构 造的薄膜镜所需的几何形状的边缘；(ii) 向吸室施加部分真空以便将张力引入该薄膜中；(iii) 调整部分真空以便形成该薄膜镜，但是薄膜镜仅在薄膜镜的 一部分上达到所需几何形状；(iv) 设置第一张紧装置并局部调整第一张紧装置以便使薄膜镜的 达到所需几何形状的部分增加，该第一张紧装置在离吸室的边缘基本 上均一的第一距离处邻近吸室的边缘与薄膜表面接触；和(v) 设置第二张紧装置并局部调整第二张紧装置以便使薄膜镜的 达到所需几何形状的部分进一步增加，该第二张紧装置在离吸室的边 缘基本上均一的第二距离处邻近第一张紧装置与薄膜表面接触，该第 二距离大于第一张紧装置离吸室的边缘的第一距离。与通过已知方法制造的相同尺寸的镜相比，通过本发明的方法制 造的薄膜镜减少了镜的不工作区域。通过减少镜的不工作区域，本发 明的方法使得能够构造具有相同的可用区域或视场的更小的镜。因为 镜子更小，它们能比已知的可比较的镜子价格低廉。因此，通过本发明的方法制造的薄膜镜与通过传统方法制造的薄膜镜相比具有改进的 性能，并且这种改进的性能导致镜子价格更低廉以及生产成本更低廉。本发明的方法优选为薄膜是聚合物薄膜。优选地，该聚合物是聚 对苯二甲酸乙二酯。然而可以采用其它的聚合物。薄膜镜可具有镜面。该镜面优选为镀铝镜面。可以采用其它类型的镜面o本发明的方法可以是一种使用真空泵来施加部分真空的方法。 吸室可具有圆形边缘轮廓。吸室可具有处于要构造的薄膜镜的几 何形状的边缘，该几何形状是球形。替代地，吸室可具有处于要构造 的薄膜镜的几何形状的边缘，该几何形状是环形。替代地，吸室可具 有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，该几何形状是椭圆形。替 代地，吸室可具有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，该几何形 状是抛物线形。第一张紧装置可以是与薄膜镜的表面接触的单个的连续张紧装 置。替代地，第一张紧装置可以包括两个或多个分离的部件。第一张紧装置可以是柔性的张紧装置。替代地，第一张紧装置可 以是半刚性的张紧装置。第一张紧装置可以具有圆形横截面。替代地，第一张紧装置可以 具有半圆形横截面。第一张紧装置可以局部调整。第二张紧装置可以是与该薄膜镜的表面接触的单个的连续张紧装 置。替代地，第二张紧装置可以包括两个或多个分离的部件。笫二张紧装置可以是柔性的张紧装置。替代地，第二张紧装置可 以是半刚性的张紧装置。第二张紧装置可以具有圆形横截面。替代地，第二张紧装置可以 具有半圆形横截面。第二张紧装置可以局部调整。通过本发明的方法制造的薄膜镜可被用在图像显示设备中。该图 像显示设备可以是准直图像显示设备。该准直图像显示设备可以是离轴准直图像显示设备。替代地，该薄膜镜可被用在望远镜中。替代地， 该薄膜镜可被用在太阳能收集器中。当被用于各种应用中时，为了使 薄膜镜保持所需几何形状，薄膜镜通常被附接到吸室。现在仅仅通过举例的方式并根据下述实施例给出根据本发明的构 造薄膜镜的方法。实例首先将薄膜附接到吸室的边缘。吸室的边缘通常处于要制造的薄 膜镜的几何形状。将薄膜附接到吸室，这时薄膜只有很小的张力或者 没有张力。降低吸室中的压力，在吸室中产生部分真空。较大的外部 空气压力迫使薄膜伸展，将张力引入薄膜中。设置第一张紧装置，并且局部调整与薄膜镜的表面接触的该第一 张紧装置。该局部调整通过对着薄膜较大或较小程度地推压第一张紧 装置，同时监测薄膜镜的几何形状来实现。薄膜镜的可用区域增加。 不可用的边界区域减少。举例来说，如果第一张紧装置是半刚性的或 柔性的杆，则该张紧装置将张力引入薄膜镜的边界部分的程度可以局 部改变，以便可以补偿任何局部的变化或不规则情况。这种调整伴随 着反复调整和确定该薄膜镜性能的过程，直到获得令人满意的结果。 第一张紧装置邻近吸室的边缘抵靠着薄膜镜的表面设置。该第一张紧 装置位于镜的不工作区域，并且该第一张紧装置具有增加薄膜镜的可 用中央部分的作用，即减少不工作区域的作用。设置也与薄膜镜的表面接触的第二张紧装置。该第二张紧装置在 第一张紧装置的远离吸室的边缘的一侧邻近第一张紧装置设置。该第 二张紧装置也可局部调整，对着薄膜较大或较小程度地推压该第二张 紧装置同时监测薄膜镜的几何形状。该第二张紧装置邻近第一张紧装 置设置但是也位于不可用的区域内、即不工作的边界区域内。如果遵 循类似的反复过程来调整第二张紧装置，由于通过第二张紧装置将张 力引入不工作区域中，薄膜镜的可用的部分进一步增加。通过在吸室处于部分真空的情况下将第一和第二张紧装置与薄膜镜一起使用，薄 膜的达到所需几何形状并因此可用的部分大于在不使用第一和第二张紧装置的情况下可用的部分。因此与制造薄膜镜的已知方法相比，这种方法使得可由吸室获得 的薄膜镜的尺寸增加。本发明的方法对于由接近于其最大尺寸的薄膜 制造的薄膜镜特别重要。某些薄膜镜，尤其是用在仿真显示设备中的 那些薄膜镜，在尺寸上受到可用的薄膜原材料的物理尺寸的限制。如 果薄膜的较大部分可制造成达到所需几何形状，则可被制造成可用标 准的薄膜镜的实际尺寸就增加。在本实例中，该薄膜一般是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜。该薄膜一般具有千分之一英寸(25微米)的厚度，具有涂敷到薄膜的表面的镀 铝表面。可使用其它类型的聚合物薄膜来制造薄膜镜。如果采用其它 类型的聚合物薄膜，则这些聚合物薄膜可具有与常用的聚对苯二甲酸 乙二酯薄膜的上述厚度相同或不同的厚度。在本实例中，第一和第二张紧装置设置成使得它们在薄膜的位于 吸室外部的一侧接触薄膜的表面。因此，张紧装置的横截面形状很重 要，因为它与薄膜接触。第一张紧装置可具有圆形横截面，并且可以 是杆或管的形式。第一张紧装置可以具有柔性或半刚性特性。第一张 紧装置可以是连续元件或者它可以包括两个或多个分离的元件。在采 用两个或多个分离的元件的情况下，它们可以被连接到一起。如果需 要，第一张紧装置可采用替代的横截面形状。第一张紧装置设置为与薄膜接触并能够进行局部调整。换句话说， 能够将张力引入到部分薄膜中以大于或小于薄膜的其它部分的张力。第一张紧装置设置为在离开吸室的边缘一定距离处邻近吸室的边 缘与薄膜接触，该距离是薄膜镜的总尺寸的一部分。沿着吸室的整个周边，该距离可以是相同的，或者该距离可以随着环绕该周边的不同 位置而改变。第二张紧装置可以具有圆形横截面并且具有杆或管的形式。第二 张紧装置可以具有柔性或半刚性特性。第二张紧装置可以是连续元件 或者它可以包括两个或多个分离的元件。在采用两个或多个分离的元 件的情况下，这些分离的元件可以被连接到一起。第二张紧装置可以采用其它的横截面形状。第二张紧装置设置为在薄膜的与第一张紧装置相同的一侧与薄膜 接触。另外，第二张紧装置邻近第一张紧装置并离开吸室的边缘的第 二距离，该第二距离大于第一张紧装置离开吸室的边缘的第一距离。与制造薄膜镜的传统方法相比，应当注意制造薄膜镜的传统方法 将会调整部分真空以使薄膜镜的形状接近所需几何形状。然而，通过 传统制造方法制得的薄膜镜的可用区域受到限制并且存在不工作区 域。这是因为很小的张力或者没有张力被引入到薄膜的边界区域，该 边界区域是薄膜的邻近吸室的边缘的部分。因此，当薄膜处于部分真 空时，该边界部分并不像薄膜镜的其它中央部分一样工作，尤其是并 不伸展。该边界部分并不处于可提供令人满意的性能的形式或几何形 状。


现在仅仅通过举例的方式并根据随后的附图描述本发明的方法，其中图l是附接有薄膜的吸室的横截面视图；图2是吸室的横截面视图，其中部分真空施加到该吸室；图3是像图2—样的横截面视图，但是示出了所制造的薄膜镜的不可用的不工作区域；图4是横截面视图，示出了其中部分真空施加到吸室的吸室，并且还示出了第一张紧装置；图5是像图4一样的横截面，但是还示出了第二张紧装置；图6是具有平面圆形边缘轮廓的吸室的正视图，并且示出了在图5中所采用的第一和第二张紧装置的位置；图7示出了用来形成薄膜镜的吸室，该吸室具有非平面的边缘轮廓，并且还示出了第一和第二张紧装置的位置；和 图8是示出了本发明的方法的各个步骤的流程图。
具体实施方式
参考图1,所示出的设备2包括吸室4,吸室4具有附接到吸室4边缘的薄膜镜6。吸室4的内部8的气压没有减小。换句话说，没有 施加部分真空。因此薄膜6没有处于张力下，并且在吸室8的边缘之 间保持平面状态。该吸室8的全部可用宽度10由虚线表示。图2示出了包括吸室14的设备12。该吸室14的内部16已处于 部分真空。因此，如所示，薄膜18已被吸进吸室14中。如果薄膜18 受到均一的张力，那么由薄膜18在横截面上形成的形状将被描绘为圆 弧。该圆的半径将随着薄膜18被吸进吸室14的程度而变化。在这种 理想情况下，薄膜18的可用区域由虚线20表示并且它保持了吸室16 的总宽度。然而，薄膜18的行为并不均一，因此用来制造薄膜镜的薄 膜18的可用区域减小到小于最大可用区域的区域。这意味着通过如上 相对于图1和图2所述的常规方法制造的薄膜镜直到离吸室的边缘相 当大的距离都是不可用的。图3示出了具有吸室24的设备22。该吸室24的内部26已经处 于部分真空。这意味着薄膜28已经被反吸进吸室24中。虚线30表示 薄膜28的可能的最大可用范围。虚线32表示薄膜28的实际可用范围。 通过比较虛线30、 32可以看出，薄膜28的实际可用范围显著小于最 大可用范围。由薄膜28制造的薄膜镜的边界区域由边界区域34、 36 表示。薄膜镜的这些边界区域34、 36是那些有很小的张力或没有张力、 因此不具有所需薄膜镜的正确的几何形状的区域。薄膜镜的表示为区 域38的区域是处于薄膜镜的可用区域和区域34之间的过渡区域。尽 管具有比区域34大得多的张力，该过渡区域38仍旧没有达到薄膜镜 的所需几何形状。这意味着薄膜镜的在吸室的该边缘处的不可用的不 工作区域是区域34和38的组合。类似地，在吸室24的另一侧，不可 用的不工作区域是区域36和40的组合。图4示出了包括吸室44的设备42。该吸室42的内部46已经处 于部分真空。这已经造成薄膜48被反吸进吸室44中。虚线50表示薄 膜48的可能的最大可用范围。虚线52表示薄膜48的实际可用范围。 在横截面中所示的第一张紧装置54、 56位于邻近吸室"的边缘的位置。该第一张紧装置54、 56在不工作区域将张力引入薄膜48中，并 且减小了作为薄膜48的整个区域一部分的不工作区域的大小。不工作 区域由区域58、 60、 62和64表示。图5示出了用来执行本发明的方法的设备66。该设备66包括吸 室68。该吸室68的内部70已经处于部分真空。这已经造成薄膜72 被反吸进吸室68中。虛线74表示薄膜72的可能的最大可用范围。虚 线76表示薄膜72的实际可用范围。在横截面中示出了第一张紧装置 78、 80。所示的第一张紧装置78、 80设置为与薄膜72的表面接触。 第一张紧装置78、 80已经根据如上所述的本发明的方法进行了调整。 在横截面中示出了第二张紧装置82、 84。第二张紧装置82、 84邻近 第一张紧装置78、 80设置，并且在第一张紧装置78、 80的一侧与薄 膜表面接触，并且远离吸室70的边缘。现在，薄膜镜76的可用区域 大于仅仅使用第一张紧装置54、 56的图4中所示的可用区域52。使 用第二张紧装置82、 84进一步增加了具有所需几何形状的薄膜镜的比 例。图6示出了包括附有薄膜106的吸室96的设备94。薄膜106附 接于吸室98的边缘。当将部分真空施加于吸室98时，薄膜在该室100 的内边缘变形。第一张紧装置位于由虛线102表示的位置。第二张紧 装置位于由虚线104表示的位置。图7示出了包括吸室110的i殳备108。该吸室110不是和图6所 示的吸室96的情况一样的圆形。图7所示的吸室IIO是这样的，吸室 110的边缘随要制造的薄膜镜的所需几何形状而定。在这种情况下， 薄膜镜将是球形，吸室110的边缘是该球的局部的小圆和大圆。薄膜 镜附接于吸室110的边缘112。当部分真空施加于吸室110时，薄膜 将从吸室110的内边缘114变形。第一张紧装置位于由虚线116表示 的位置。第二张紧装置由虚线118表示。第一和第二张紧装置可制作 为单件式的第一和第二张紧装置，或者它们可制作为一个或多个部件。图8示出了标明在吸室上制造薄膜镜所采用的方法步骤的流程 图，所制造的薄膜镜具有经证明的性能并且达到该性能水平的薄膜的比例增加。可以理解，以上参考附图所述的本发明的实施例仅仅用于举例说 明，并且可以进行改进。因此，举例来说，在横截面中，所示的第一 和第二张紧装置为柔性或半刚性的。可以釆用其它的横截面形状。此 外，有多种不同方式来使第一和第二张紧装置与薄膜保持接触，同时 能够局部调整通过第一和第二张紧装置给予薄膜的张力。举例来说，局部调整可通过用于局部调整第一和第二张紧装置的一系列可独立调 整的杆来实现，所述杆被固定到吸室的外部。
权利要求
1.一种构造薄膜镜的方法，该方法包括(i)将薄膜附接到吸室，该吸室具有用来附接薄膜并且处于要构造的薄膜镜所需的几何形状的边缘；(ii)向吸室施加部分真空以便将张力引入该薄膜中；(iii)调整部分真空以便形成该薄膜镜，但是薄膜镜仅在薄膜镜的一部分上达到所需几何形状；(iv)设置第一张紧装置并局部调整第一张紧装置以便使薄膜镜的达到所需几何形状的部分增加，该第一张紧装置在离吸室的边缘基本上均一的第一距离处邻近吸室的边缘与薄膜表面接触；和(v)设置第二张紧装置并局部调整第二张紧装置以便使薄膜镜的达到所需几何形状的部分进一步增加，该第二张紧装置在离吸室的边缘基本上均一的第二距离处邻近第一张紧装置与薄膜表面接触，该第二距离大于第一张紧装置离吸室的边缘的第一距离。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，该薄膜是聚合物薄膜。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该聚合物是聚对苯 二甲酸乙二酯。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该薄膜 具有镜面。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该镜面是镀铝镜面。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用真 空泵来施加部分真空。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该吸室 具有圆形边缘轮廓。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该吸室 具有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，其中该几何形状是球形。
9. 根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，该吸室具有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，其中该几何形状是环 形。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，该吸 室具有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，其中该几何形状是椭 圆形。
11，根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，该吸 室具有处于要构造的薄膜镜的几何形状的边缘，其中该几何形状是抛 物线形。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 一张紧装置是与该薄膜镜的表面接触的单个的连续张紧装置。
13. 根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，该 第一张紧装置包括两个或多个分离的元件。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 一张紧装置是柔性的张紧装置。
15. 根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，该 第 一 张紧装置是半刚性的张紧装置。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 一张紧装置具有圆形横截面。
17. 根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，该 第一张紧装置具有半圆形横截面。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 一张紧装置是可局部调整的。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 二张紧装置是与该薄膜镜的表面接触的单个的连续张紧装置。
20. 根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其特征在于，该 第二张紧装置包括两个或多个分离的元件。
21. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 二张紧装置是柔性的张紧装置。
22. 根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其特征在于，该第二张紧装置是半刚性的张紧装置。
23. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 二张紧装置具有圆形横截面。
24. 根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其特征在于，该 第二张紧装置具有半圆形横截面。
25. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第 二张紧装置是可局部调整的
全文摘要
一种构造薄膜镜的方法，该方法包括(i)将薄膜(72)附接到吸室(68)，该吸室(68)具有用来附接薄膜(72)并且处于要构造的薄膜镜所需的几何形状的边缘；(ii)向吸室(68)施加部分真空以便将张力引入该薄膜(72)中；(iii)调整部分真空以便形成该薄膜镜，但是薄膜镜仅在薄膜镜的一部分上达到所需几何形状；(iv)设置第一张紧装置(78、80)并局部调整第一张紧装置(78、80)以便使薄膜镜的达到所需几何形状的部分增加，该第一张紧装置(78、80)在离吸室(68)的边缘基本上均一的第一距离处邻近吸室(68)的边缘与薄膜(72)的表面接触；和设置第二张紧装置(82、84)并局部调整第二张紧装置(82、84)以便使薄膜镜的达到所需几何形状的部分进一步增加，该第二张紧装置(82、84)在离吸室(68)的边缘基本上均一的第二距离处邻近第一张紧装置(78、80)与薄膜(72)的表面接触，该第二距离大于第一张紧装置(78、80)离吸室(68)的边缘的第一距离。
文档编号G02B26/08GK101218532SQ200680024965
公开日2008年7月9日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年7月8日
发明者R·E·克里克 申请人:Seos有限公司