DE60110978T2

DE60110978T2 - Dünnschichtspiegel-Konstruktionsmethode

Info

Publication number: DE60110978T2
Application number: DE60110978T
Authority: DE
Inventors: Roy Edward Newick Creek
Original assignee: Seos Ltd
Current assignee: Rockwell Collins Visual Display Systems Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: US6758569B2; GB0016777D0; DE60110978D1; GB0116376D0; EP1176447A2; CA2352565A1; ATE296459T1; CA2352565C; US20020003674A1; GB2368142B; EP1176447B1; GB2368142A; EP1176447A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Herstellung eines Dünnschichtspiegels.
Die Verwendung von Dünnschichtspiegeln in großen Arten von optischen Darstellungsgeräten ist wohlbekannt. So ist es z.B. wohlbekannt, Dünnschichtspiegel einer konkaven, beinahe kugelförmigen Form bei kollimierten Darstellungen zur Verwendung in Simulatoren verwenden. Die Simulatoren können für eine große Breite von Zwecken einschließlich Ausbildung, Forschung, Freizeit und Unterhaltung verwendet werden.
Die Dünnschichtspiegel werden gewöhnlich durch Befestigen der Schicht über einer offenen Seite einer im übrigen geschlossenen Kammer hergestellt. Die Ränder der Kammer, an die die Schicht angebracht wird, liegen auf der Oberfläche der gewünschten Spiegelform. Im Falle eines Simulator-Darstellungsgerätes ist die Spiegelkammer gewöhnlich Teil einer Kugel, die an ihrer oberen und unteren Seite durch Breitengrade begrenzt ist. Linke und rechte Enden der Spiegelkammer können Längengerade oder kompliziertere Anordnungen sein.
Wenn sie zuerst angelegt wird, wird die Schicht leicht gespannt, so daß sie einen Teil eines Kegelstumpfes bildet. Die Kammer wird dann teilweise evakuiert, und der größere äußere Luftdruck zwingt dann die Schicht in die gewünschte Spiegelform. Die Genauigkeit der Spiegelform ist ein bedeutenderer Faktor in der Qualität des durch das Darstellungsgerät gelieferten Bildes. Die Kammerränder, die Mittel, durch die die Schicht an den Kammerrändern angebracht wird, und wie die Schicht sich dehnt, wenn die Kammer evakuiert wird, sind alles Faktoren, die die endgültige Form des Spiegels beeinflussen. Verschiedene Verfahren zum Verbessern der Genauigkeit der Spiegelform in diesen Bereichen sind bekannt.
Es wird erkannt werden, daß sich die Schicht dehnen muß, um von einem Kegel in eine Kugel überzugehen. Im senkrechten Schnitt muß sich die Schicht von einer geraden Linie zu einem Kreisbogen dehnen. Im waagrechten Schnitt muß sich die Schicht von einem Kreisbogen zu einem längeren Kreisbogen dehnen. Jedoch, wo die Schicht an den festen Kammerrändern anliegt, kann sich die Schicht nicht parallel zum Rand dehnen. Somit ist die Dehnung nicht über die Schicht gleichmäßig. Die verminderte Dehnung nahe den Rändern der Schicht führt zu örtlich geringerer Spannung in der Schicht, und einer Abweichnung von der idealen Form. Im senkrechten Schnitt folgt die Schicht einer „Badewannen"-Kurve, mit einer guten Kurvenform über den mittleren Bereich, aber einer sich stark ändernden Kurvenform nahe den Rändern.
Eine bekannte Vorgehensweise um die Spiegelrandgenauigkeit zu verbessern, ist, die Schicht anfänglich zu überdehnen, bis zu einige Stunden lang, bevor man die Schicht in ihre vorbestimmte Stellung entspannt. Dies läßt jedoch immer noch ein beträchtliches Band schlechten Spiegels um den Rand übrig. Dieses Band schlechten Spiegels führt zu einer beanstandenswerten Verzerrung des Bildes des Darstellungsgerätes. Um einen annehmbaren Spiegel zu erzeugen ist es daher nötig, den Spiegel größer zu machen und dann den schlechten Rand abzudecken, und dadurch die erforderliche Fläche von verwendbarem Spiegel in der Mitte übrig zu lassen.
Es wird erkannt werden, daß, in dem Maße wie das Darstellungsgerät größer wird, es teurer wird, das Darstellungsgerät herzustellen. Auch erlegt die größere Masse des Darstellungsgerätes den Tragteilen des Darstellungsgerätes eine wachsende Last auf. Noch darüber hinaus dehnt sich das Bewegungssystem aus, da das Darstellungsgerät gewöhnlich auf irgendeiner Art von Bewegungssystem angebracht ist, was ein größeres und teureres Gehäuse um das Darstellungsgerät, z.B. einen Simulator, zu beherbergen, erfordert. Eine Schicht einer angemessenen Güte ist nur bis zu einer gewissen Breite erhältlich, und dies begrenzt auch die Größe des Darstellungsgerätes. Solche Begrenzungen führen normalerweise zu Kompromissen bei der Größe des abgedeckten Randes, so daß etwas Vezerrung immer noch um den Rand des Bildes zu sehen ist. Die senkrechte Geradlinigkeit des Bildes kann auch beinträchtigt sein.
DE-A-37 21 114 zeigt Einrichtungen zum Anbringen dieser Schicht an eine Zelle, die einen Teil einer Anordnung von Zellen zum Sammeln von Sonnenstrahlung ist. Ein Membranspiegel wird in luftdichter Weise über die Ränder einer Saugkammer gestreckt. Die Fähigkeit, die Form des Membranspiegels durch Einstellung von Spanneinrichtungen zu ändern ist nicht gezeigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Herstellung eines Dünnschichtspiegels zu schaffen, welches Verfahren zu einem Dünnschichtspiegel führt, der eine verbesserte Randgüte hat, ohne die Notwendigkeit für eine wesentliche Erhöhung in der Größe des Dünnschichtspiegels.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtspiegels, welches Verfahren gekennzeichtnis ist durch:

(i) Schaffen einer Saugkammer mit Rändern, die auf einer geforderten Spiegeloberfläche liegen;
(ii) Schaffen von Spanneinrichtungen, die in Berührung mit Schicht benachbart mindestens einem der Ränder der Saugkammer, so daß die Schicht durch die Spanneinrichtung bewegt wird und die Spannung in der Schicht parallel zu dem Rand dadurch erhöht wird; und
(iii) Schaffen von Halteeinrichtung für
(a) Halten der Spanneinrichtungen;
(b) lokale Einstellung des Haltedrucks auf die Spanneinrichtungen; und
(c) Einführen der Spanneinrichtungen in ihre Stellung nachdem die Schicht an die Saugkammer angebracht ist.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, einen Dünnschichtspiegel zu schaffen, der eine verbesserte Randqualität hat, ohne die Notwendigkeit, die Größe des Dünnschichtspiegels wesentlich zu erhöhen.
Das Verfahren zur Herstellung des Dünnschichtspiegels kann ein solches sein, in dem die Spanneinrichtungen eine Stange sind. Bevorzugt ist die Stange von kreisförmigem Querschnitt, aber die Stange kann jegliche geeignete und passende Querschnittsform, z.B. rechteckig, quadratisch, elliptisch, dreieckig oder Kombinationen von Formen haben, wenn gewünscht. Im allgemeinen sollten die Spanneinrichtungen eine glatte Fläche zur Schicht bieten, um die Schicht nicht zu beschädigen. Wo die Spanneinrichtungen eine Stange mit kreisförmigem Querschnitt sind, dort kann die Stange eine Röhre oder eine Vollstange sein. Die Spanneinrichtungen können halbstarr, z.B. eine halbstarre Röhre, sein.
Die Halteeinrichtungen können einen ersten Abschnitt zum Erstrecken über die Spanneinrichtungen und einen zweiten Abschnitt zum Erstrecken unter die Saugkammer haben. Die Halteeinrichtungen können von jeglicher geeigneten und passenden Form sein. Die Halteeinrichtungen können wie eine Klammer wirken.
Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Dünnschichtspiegel, wenn er durch das Verfahren der Erfindung erzeugt wurde.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielsweise und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Querschnitt einer bekannten Saugkammer in Benutzung zum Erzeugen eines Dünnschichtspiegels ist;
2 eine Vergrößerung des unteren Teiles der in 1 gezeigten bekannten Saugkammer ist und mehr im Einzelnen zeigt, wie Spiegelschicht an einem Rand der Saugkammer angebracht wird;
3 eine Ansicht ähnlich der 2 ist, aber zeigt, wie das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt wird, um Spiegelschicht an der Saugkammer anzubringen; und
4 eine Ansicht ähnlich der 3 ist und zeigt, wie das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt wird, um die Spannung in der Spiegelschicht parallel zum Rand zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist eine bekannte Saugkammer 2 mit Anbringungsrändern 4, die auf einer geforderten Spiegeloberfläche liegen, gezeigt. Spiegelschicht 6 wird an den Anbringungsrändern 4 befestigt und sie wird dann leicht gespannt derart, das sie den Teil eines Kegelstumpfes bildet. Die Saugkammer 2 wird dann teilweise evakuiert und der größere äußere Luftdruck zwingt die Spiegelschicht 6 in eine näherungsweise sphärische Form 8. Wie oben erwähnt ist die Genauigkeit der Spiegelform ein bedeutender Faktor bei der Güte des gelieferten Bildes, wenn der erzeugte Dünnschichtspiegel in Darstellungsgeräten großen Maßstabes verwendet wird, so wie z.B. Simulatoren, die für Schulung, Forschung, Freizeit oder Unterhaltung benutzt werden. 2 zeigt, wie die Spiegelschicht 6 an dem unteren Rand 4 der Saugkammer 2 angebracht wird.
In dem Verfahren der Herstellung des Dünnschichtspiegels, das in 1 und 2 gezeigt ist, muß die Spiegelschicht 6 sich dehnen wenn sie von einem Kegel zu einer Kugel übergeht.
Im senkrechten Schnitt muß die Spiegelschicht 6 sich von einer geraden Linie in einen Kreisbogen dehnen. Im waagrechten Schnitt muß die Spiegelschicht 6 sich von einem Kreisbogen in einen längeren Kreisbogen dehnen. Wo die Spiegelschicht 6 an den Rändern 4 angebracht ist, kann die Spiegelschicht sich nicht parallel zu den Rändern 4 dehnen. Somit ist die Dehnung nicht gleichförmig über den Spiegelschicht 6. Diese verminderte Dehnung nahe den Rändern der Spiegelschicht 6 ergibt eine örtlich geringere Spannung in der Schicht, und ein Abweichen von der idealen Form.
Unter Bezugnahme nun auf 3 ist dort die Saugkammer 2, die Spiegelschicht 6, Spannungseinrichtungen in der Form einer halbstarren Röhre 10 und Halteeinrichtungen in der Form einer Klammer 12 gezeigt. Wie gezeigt, hat die Klammer 12 einen ersten Abschnitt zum Erstrecken über die Röhre 10 und einen zweiten Abschnitt zum Erstrecken unter die Saugkammer 2. Mit dem Verfahren der Erfindung wie in 3 gezeigt ist die Röhre 10 gerade in Berührung mit der Spiegelschicht 6 benachbart zu mindestens einem der Ränder 4 der Saugkammer 2.
Mit dem Verfahren der Erfindung wie in 4 gezeigt wird die Röhre 10 in Berührung mit der Spiegelschicht 14 benachbart zu mindestens einem der Ränder 4 der Saugkammer 2 gezwungen, derart, daß im waagrechten Schnitt die Röhre 10 zu einem längeren Kreisbogen hinein zugeführt wird, und so, daß die Spannung in der Spiegelschicht 14 parallel zum Rand 4 erhöht wird. Die Klammer 12 hält die Röhre 10 in Stellung. Die Klammer 12 ist verfügbar zum örtlichen Einstellen des Klemmdrucks auf die Röhre 10 derart, daß örtliche Spannung in der Spiegelschicht 14 parallel zum Rand 4 eingestellt wird.
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß die Ausführungsformen der Erfindung, die oben unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, nur als Beispiele gegeben wurden, und daß Abwandlungen bewirkt werden können. Somit kann z.B. eine andere Art von Halteeinrichtungen als die Klammer 12 verwendet werden. Auch kann eine andere Art von Spanneinrichtungen als die halbstarre Röhre 10 verwendet werden so daß, z.B., die Spanneinrichtungen massiv statt hohl sein können.

Claims

Ein Verfahren des Aufbauens eines Dünnschichtspiegels, welches Verfahren gekennzeichnet ist durch: (i) Schaffen einer Saugkammer (2) mit Rändern, die auf einer geforderten Spiegeloberfläche liegen; (ii) Schaffen von Spanneinrichtungen (10), die in Berührung mit Schicht (6) benachbart zumindest einem der Ränder (4) der Saugkammer (2) gezwungen werden, so daß die Schicht (6) durch die Spanneinrichtungen (10) bewegt wird und Spannung in der Schicht (6) parallel zum Rand (4) dadurch erhöht wird; und (iii) Schaffen von Halteeinrichtungen (12) zum (a) Halten der Spanneinrichtungen (10); (b) örtliches Einstellen des Haltedruckes an den Spanneinrichtungen (10); und (c) Zuführen der Spanneinrichtungen (10) in Stellung nachdem die Schicht (6) an der Saugkammer (2) angebracht worden ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Spanneinrichtung (10) eine Stange (10) ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 2, in dem die Stange (10) von kreisförmigem Querschnitt ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Stange (10) ein Rohr ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 4, in dem das Rohr ein halbsteifes Rohr ist.
Ein Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Halteeinrichtungen (12) einen ersten Bereich zum Erstrecken über die Spanneinrichtungen und einen zweiten Bereich zum Erstrecken unter die Saugkammer haben.
Ein Dünnschichtspiegel aufweisend: (i) Eine Saugkammer (2) mit Rändern, die auf einer geforderten Spiegeloberfläche liegen; (ii) Spanneinrichtungen (10), die in Berührung mit der Schicht (6) benachbart zu mindestens einem der Ränder (4) der Saugkammer (2) gezwungen werden, so daß die Schicht (6) durch die Spanneinrichtungen (10) bewegt wird und Spannung in der Schicht (6) parallel zu dem Rand (4) dadurch erhöht wird; und (iii) Haltereinrichtung (12) zum (a) Halten der Spanneinrichtungen (10) (b) örtliches Einstellen des Haltedruckes an den Spanneinrichtungen (10); und (c) Zuführen der Spanneinrichtungen (10) in Stellung nachdem die Schicht (6) an der Saugkammer (2) angebracht worden ist.
Ein Dünnschichtspiegel nach Anspruch 7, in dem die Spanneinrichtungen (10) eine Stange (10) sind.
Ein Dünnschichtspiegel nach Anspruch 8, in dem die Stange (10) von kreisförmigem Querschnitt ist.
Ein Dünnschichtspiegel nach Anspruch 9, in dem die Stange (10) ein Rohr ist.
Ein Dünnschichtspiegel nach Anspruch 10, in dem das Rohr ein halbsteifes Rohr ist.
Ein Dünnschichtspiegel nach irgendeinem der Ansprüche 7–11, in dem die Halteeinrichtungen (12) einen ersten Bereich zum Erstrecken über die Spanneinrichtungen und einen zweiten Bereich zum Erstrecken unter die Saugkammer haben.