CN105044809A - 一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜及其制备方法，属于飞行仿真模拟器中虚像显示系统反射介质技术领域。该球面反射镜包括支撑板以及聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述支撑板的表面为内凹球面，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与所述支撑板的内凹球面贴合；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与所述支撑板贴合的表面上镀有金属膜。该球面反射镜强度高，便于清理维护；成像画面连续，即使在边角位置所成的像也不发生变形；并且尺寸能够根据需要进行设定，能够满足超大视场虚像显示系统的要求。

Description

一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜及其制备方法

技术领域

本发明涉及飞行仿真模拟器中虚像显示系统反射介质技术领域，特别涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜及其制备方法。

背景技术

球面反射镜是飞行仿真模拟器虚像显示系统中的重要组成部件。在虚像显示系统中，投影器将图像投射到投影屏上，投影屏上的图像在球面反射镜内凹的表面上成正立放大的虚像。球面反射镜的质量会影响最终成像的质量。

现有的球面反射镜主要包括镜座以及贴合在镜座表面的高反射率反射介质薄膜。目前常用的反射介质薄膜为聚酯薄膜，通过真空吸附的方法将反射介质薄膜贴合在镜座表面。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的球面反射镜的反射介质薄膜面型精度难以保证，使得球面反射镜边缘处所成的像变形严重；由于受成膜工艺设备尺寸的限制，反射介质薄膜的尺寸往往限于特定的尺寸，不能满足超大视场虚像显示系统对反射介质薄膜尺寸的要求；反射介质薄膜强度较差，在真空吸附过程中容易发生破损影响显示效果；而且不易清理，其反射率容易受到使用环境影响而发生衰减，需要经常更换。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种强度高、容易清理维护、尺寸可控的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜及其制备方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明第一方面提供一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜，该球面反射镜包括支撑板以及聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述支撑板的表面为内凹球面，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与所述支撑板的内凹球面贴合；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与所述支撑板贴合的表面上镀有金属膜。

优选地。所述金属膜为铝膜或者银膜。

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的厚度为6mm以下。

优选地，所述金属膜的厚度为0.1～0.3mm。

优选地，所述支撑板的材料为环氧树脂基玻璃纤维复合材料。

本发明第二方面提供一种本发明第一方面的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，将一侧表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯板材放置在模具表面，所述模具表面为球面；将所述聚甲基丙烯酸甲酯板材与所述模具加热至90～120℃后，向所述聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力使所述聚甲基丙烯酸板材贴合在所述模具表面；经冷却、脱除模具后得到聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面为镀有金属膜的表面；

步骤2，将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合，并将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板固定后即得所述聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜。

进一步地，步骤1之后还包括以下步骤：将步骤1所得聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片裁切为预设尺寸，再将多个裁切后的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片进行拼接。

优选地，步骤1中，通过抽真空或者充高压气体的方法向所述聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力。

优选地，步骤2中，采用抽真空的方法将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合。

优选地。所述模具的材质为42GrMo钢；所述模具与所述聚甲基丙烯酸甲酯板材接触的表面的表面粗糙度为1.1μm～2.1μm。

优选地，所述支撑板与所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片接触的表面的表面粗糙度为1.1μm～2.1μm。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例中，表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片贴合在支撑板表面得到了一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜。由于聚甲基丙烯酸甲酯质地坚硬，强度较高，便于清理维护，因此所得球面反射镜耐用性好，使用寿命长。而且聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片表面光滑平整，与现有的聚酯薄膜球面反射镜相比，成像画面连续，在球面反射镜边角位置所成的像不发生变形。此外，由于聚甲基丙烯酸甲酯容易加工成型，因此聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的尺寸能够根据需要进行设定，以满足超大视场虚像显示系统的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜制备方法中真空吸附系统示意图；

图3为本发明实施例提供的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜制备方法中稳固架固定方式示意图。

图中附图标记分别表示：

1、支撑板；2、聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；3、稳固架。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一方面提供一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜，参见图1，该球面反射镜包括支撑板1以及聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2；所述支撑板1的表面为内凹球面，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2外凸的表面与所述支撑板1的内凹球面贴合；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2与所述支撑板1贴合的表面上镀有金属膜。

本发明实施例提供的球面反射镜以表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯作为反射介质。由于聚甲基丙烯酸甲酯质地坚硬，强度较高，便于清理维护，因此所得球面反射镜耐用性好，使用寿命长。而且聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片表面光滑平整，能与支撑板很好的贴合，与现有的聚酯薄膜球面反射镜相比，成像画面连续，在球面反射镜边角位置所成的像不发生变形。此外，由于聚甲基丙烯酸甲酯容易加工成型，因此聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的尺寸能够根据需要进行设定，以满足超大视场虚像显示系统的要求。

在上述的球面反射镜中，由于聚甲基丙烯酸甲酯本身对光的反射性能较差，因此在聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2与支撑板1贴合的表面上镀有金属膜，以提高所得球面反射镜的反射率。铝和银是反射率较高的金属，因此金属膜优选铝膜或者银膜。与金属铝相比，金属银成本较高，而球面反射镜的尺寸通常较大，从成本方面考虑，金属膜优选铝膜。

在上述的球面反射镜中，聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2的厚度优选为6mm以下，例如5mm、4mm、3mm、2mm、1mm等。如果聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2过厚，会增加球面反射镜的加工难度并且影响最终的成像质量。

在上述的球面反射镜中，金属膜的厚度可以为0.1～0.3mm，优选0.2mm。如果金属膜过薄，则反射性能较差；如果金属膜过厚，则会增加成本，增加加工的难度。

在上述的球面反射镜中，支撑板1的形状没有严格的限定，只要有一个表面为内凹的球面即可，且该内凹球面的曲率半径与聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片2的曲率半径相同。支撑板1本身可以为一个球面(如图1所示的形状)，也可以为将长方体的一个表面加工成内凹球面的形式。支撑板1的材料也没有严格的限制，但是优选高强度、高弹性模量并且容易加工成型的材料，例如可以为环氧树脂基玻璃纤维复合材料、环氧树脂基碳纤维复合材料、环氧树脂基玻璃纤维/碳纤维混杂的复合材料等。从成本方面考虑，优选环氧树脂基玻璃纤维复合材料。

本发明第二方面提供一种本发明第一方面的聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，将一侧表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯板材放置在模具表面，所述模具表面为球面；将所述聚甲基丙烯酸甲酯板材与所述模具加热至90～120℃后，向所述聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力使所述聚甲基丙烯酸板材贴合在所述模具表面；经冷却、脱除模具后得到聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面为镀有金属膜的表面；

步骤2，将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合，并将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板固定后即得所述聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜。

聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度为104℃，热变形温度约为96℃(1.18MPa)，维卡软化点约为113℃。因此本发明实施例提供的以镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯作为球面反射介质的球面反射镜的制备方法中，将一侧表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯板材放置在表面为球面的模具上然后将聚甲基丙烯酸甲酯板材与模具一起放入加热装置(例如烘箱)中加热至90～120℃使聚甲基丙烯酸甲酯板材软化，对聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力后使聚甲基丙烯酸甲酯板材贴合在模具表面从而形成球面的形状；如果模具表面为外凸的球面，则聚甲基丙烯酸甲酯板材没有镀金属膜的表面与模具接触；如果模具表面为内凹的球面，则将聚甲基丙烯酸甲酯板材镀有金属膜的表面的模具接触；这样当聚甲基丙烯酸甲酯板材形成球面之后，聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面就为镀有金属膜的表面，以便于后续与支撑板的组装。为了防止与模具接触时对金属膜造成影响，优选表面为外凸球面的模具。聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片成型后与支撑板进行贴合并固定，从而得到聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜。本发明实施例提供的制备方法工艺简单、操作方便、容易控制，适合制备各种尺寸的球面反射镜，以满足不同视场虚像显示系统的要求；且所得球面反射镜表面平整，成像画面连续，即使在边角位置所成的像也不发生变形。

在上述的制备方法中，加热的温度应当能够使聚甲基丙烯酸甲酯充分的软化，以便与模具表面很好的贴合，保证聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的精度。加热温度可以是95℃、100℃、105℃、110℃、115℃等。应当使聚甲基丙烯酸甲酯板材与模具的温度均匀一致后再对聚甲基丙烯酸板材施加压力。

在上述的制备方法中，由于球面反射镜尺寸通常比较大，当生产条件不能满足直接成型大尺寸聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的要求时，可以采用以下的方法来制备大尺寸的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片。在步骤1中加工尺寸较小的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片，然后根据后续拼接的尺寸需要对聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片进行裁切，再将多个裁切后的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片进行拼接得到大尺寸的镜片。裁切的具体方法本发明实施例不作特殊限定，本领域常规技术手段均可。例如可以采用人工裁切的方法，首先制作裁切规板，裁切规板的表面可以为外凸的球面，将聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片内凹的表面与规板表面贴合，利用经过改造的木工铣刀在规板的引导下进行裁切。拼接的方法本发明实施例也不做特殊限定，本领域常规技术手段均可。例如可以用聚甲基丙烯酸甲酯拼接专用的胶黏剂将裁切好的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片粘结在一起。为了保证最终所得球面反射镜的成像效果，接缝的宽度应当控制在1mm以下。

在上述的制备方法中，步骤1中，通过抽真空或者充高压气体的方法向聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力。当聚甲基丙烯酸甲酯板材与模具温度均匀一致后将聚甲基丙烯酸甲酯板材边缘与模具密封，再进行抽真空或者充高压气体使聚甲基丙烯酸甲酯板材与模具完全贴合。抽真空的真空度或者高压气体的压力本发明实施例不作特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。如果采用充高压气体的方法，则所用气体优选惰性气体，例如氮气、氩气等。

在上述的制备方法中，步骤2中，可以采用真空吸附的方法将聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合。可以采用如图2所示的真空吸附系统来进行真空吸附操作。在支撑板的中心和四角设置直径2mm以下的吸孔，每个吸孔通过分支管路分别与真空泵连接，设定真空吸附压力，从而使聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板完全贴合。真空吸附压力的具体数值本发明实施例不作特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

在上述的制备方法中，为了使聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板更加牢固的结合，将聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板贴合后，可以利用螺栓将聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板固定。

在上述的制备方法中，步骤1中所用模具的材质可以为42GrMo钢，经过锻造、焊接、热处理表面数控铣等工艺步骤得到模具。为了保证聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的精度，模具与聚甲基丙烯酸甲酯板材接触的表面的表面粗糙度应当控制在1.1μm～2.1μm，优选1.6μm。

在上述的制备方法中，支撑板的制作方法可以采用本领域的常规技术手段。例如支撑板的材质为环氧树脂基玻璃纤维复合材料时，首先通过人工糊制的方法得到支撑板的毛坯件，再利用两坐标机械手对毛坯件的尺寸进行加工，最后利用柔性加工抛磨机对支撑板与聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片接触的表面进行抛光，使其表面粗糙度达到1.1μm～2.1μm，优选1.6μm。

在上述的制备方法中，向聚甲基丙烯酸甲酯板材表面镀金属膜的方法本发明实施例不作特殊要求，本领域常规技术手段均可，只要所得金属膜均匀、平整，能够满足飞行仿真模拟器虚像显示系统成像质量的要求即可。

由于本发明实施例的球面反射镜整体尺寸大并且组成部分较多，因此可以在运输时以及组装前利用稳固架3固定保证各个组成部分的刚性。稳固架3的固定方式可以参见图3。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜，其特征在于，所述球面反射镜包括支撑板以及聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述支撑板的表面为内凹球面，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与所述支撑板的内凹球面贴合；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与所述支撑板贴合的表面上镀有金属膜。

2.根据权利要求1所述的球面反射镜，其特征在于，所述金属膜为铝膜或者银膜。

3.根据权利要求1所述的球面反射镜，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片的厚度为6mm以下。

4.根据权利要求1所述的球面反射镜，其特征在于，所述金属膜的厚度为0.1～0.3mm。

5.根据权利要求1所述的球面反射镜，其特征在于，所述支撑板的材料为环氧树脂基玻璃纤维复合材料。

6.一种聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1，将一侧表面镀有金属膜的聚甲基丙烯酸甲酯板材放置在模具表面，所述模具表面为球面；将所述聚甲基丙烯酸甲酯板材与所述模具加热至90～120℃后，向所述聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力使所述聚甲基丙烯酸板材贴合在所述模具表面；经冷却、脱除模具后得到聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片；所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面为镀有金属膜的表面；

步骤2，将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合，并将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片与支撑板固定后即得所述聚甲基丙烯酸甲酯球面反射镜。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1之后还包括以下步骤：

将步骤1所得聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片裁切为预设尺寸，再将多个裁切后的聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片进行拼接。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，通过抽真空或者充高压气体的方法向所述聚甲基丙烯酸甲酯板材施加压力。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，采用抽真空的方法将所述聚甲基丙烯酸甲酯球面镜片外凸的表面与支撑板表面贴合。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述模具的材质为42GrMo钢；所述模具与所述聚甲基丙烯酸甲酯板材接触的表面的表面粗糙度为1.1μm～2.1μm。