CN113759458A - 一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，包括：波导片；所述波导片由波导基底、耦入区域和耦出区域构成；所述波导片的一侧斜面位置设置有所述耦入区域，在所述耦入区域设置有用于折光以及成像的第一折光区域和第二折光区域，将光线折转于所述第二折光区域内，将光线折转于所述波导片内部；所述波导片中部为传输区域，光线全反射于所述波导片内部，最终传输进入所述耦出区域；所述波导片的另一侧设置有用于二维扩瞳的所述耦出区域；该方法设计合理、解决了工业量产技术问题、可以采用模板压印和材料喷覆技术实现柔性波导片的制作；制作生成的波导片具有一定的延展性和弯曲性，增加了工作场所的灵活性。

Description

一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法
技术领域
本发明属于增强现实技术(AR)领域，特别涉及一种基于柔性光波导的光机系统的设计及制作方法。
技术背景
近年来光波导技术作为AR领域的核心，由于其广泛的应用前景和可见的技术突破得到了人们的广泛关注。光波导器件是基于光波导中整个光场的全反射传播，本质上相当于一个透明的潜望镜，只有一个入瞳，可以有单个或多个出瞳。其核心是波导出入耦合器的设置，这些耦合器的设置可以是简单的棱镜、微棱镜阵列、嵌入式镜面阵列、表面浮雕光栅、全息光栅、超表面或空间光调制器，但是这些方法都有一定的优点和局限性。
为更好服务于用户，目前急需解决的问题是：1.传统光波导工艺量产困难、工艺繁琐，且产品价格昂贵；2.波导片材料为玻璃基片，适应性差，不具有弯曲调节能力；3.光机尺寸过大，需进一步减小设备的体积和重量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，包括：波导片，所述波导片由波导基底、耦入区域和耦出区域构成；
所述波导片的一侧斜面位置设置有所述耦入区域，在所述耦入区域设置有用于折光以及成像的第一折光区域和第二折光区域，所述第一折光区域为半反半透系统，将光线折转于所述第二折光区域内，所述第二折光区域为成像透镜系统，将光线折转于所述波导片内部，所述波导片中部为传输区域，光线全反射于所述波导片内部，最终传输进入所述耦出区域；所述波导片的另一侧设置有用于二维扩瞳的所述耦出区域，可以采用不同材料对各个微镜进行涂覆或进行膜系镀制；
优选的，所述波导基板采用柔性材料。
优选的，所述耦入区域、所述耦出区域和所述波导片由光刻、压印、材料喷覆/膜层镀制而成。
优选的，所述一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：首先应用光学设计软件，建立满足设计指标要求的光机系统，并对系统光学性能进行仿真分析，最后通过调整设计参数确定光学系统的几何参数，得到原始光机系统的结构尺寸；
步骤2：应用仿真流程模块，建立光学、结构学、热学集成耦合分析，用于仿真结构模板的工作参数；
步骤3：采用光刻技术对模板进行加工；
步骤4：采用纳米压印工艺，进行图案的转移；
步骤4：对压印生成的微镜图案，采用不同材料分别对各个微镜进行喷覆或薄膜沉积，实现特定膜系结构；
步骤5：进行材料填充，完成柔性波导片的制作。
优选的，所述柔性波导片的视场角为30°(H:19°V:24°)，眼动范围为8mm×8mm，出瞳直径为13mm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明结合柔性喷覆技术和图形掩膜工艺，实现柔性AR光机于同一基片的集成。该集成波导片制作工艺简单，成品率高，可以与显示器像元相匹配，构成柔性AR光机系统，能广泛用于近眼显示的应用。本发明的柔性近眼显示光机系统具有的优点是：采用压印的方法，工艺难度和成品率较传统的斜切式波导片有很大提高；材料为柔性材料，具有一定弯曲度；可以采用喷覆和镀膜法在微小区域形成多个膜系通道，形成人眼大视场扩瞳。
附图说明
图1为本发明一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法的波导结构示意图。
图2为本发明一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法的纳米压印示意图。
图3为本发明一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法的反射层处理示意图。
图4为本发明一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法的胶合工装示意图。
图5为本发明一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法的发明原理图。
图中：1、波导片；2、第一折光区域；3、第二折光区域；11、波导基底；12、耦入区域；13、耦出区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参照图1-5所示本发明公开了一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，本发明针对现有的AR光波导制作技术进行了改进，提出了一种基于柔性的近眼显示波导光机设计制作方案，从而降低了制作和加工的工艺难度。波导片1由波导基底11、耦入区域12、耦出区域13构成，波导片1可以是特定配置的聚甲基丙烯酸甲酯(PDMS)，也可以是配制生成的符合设计要求的柔性材料，波导片1可以由光刻、压印、喷覆而成。
如图1所示，耦入区域12负责耦合光线进入波导，形状为10mm*5.05mm*4.24mm半透半反镜和R＝-62.66的球面镜
如图1所示，波导区域负责将光线传输进入耦出13区域，为10mm*3mm*3mm的三角棱镜和30mm*57mm*2mm的矩形波导基板11。
如图1所示，耦出13区域负责人眼处的光线扩瞳，形状为：3mm*30mm*1.4mm倾角32.4°等间距排列的微镜，其上涂敷有各向异性材料层或镀有不同反射率膜层。
如图2所示，制备出与波导板相互补的模板，采用PDMS对模板进行纳米压印及图案转移，制备生成波导初结构。
如图3所示，采用异性材料分别对各个微镜结构进行喷覆。
如图4所示，采用PDMS对压印图案进行填充，并将耦入12部分胶合于波导另一侧。
如图5所示为本发明原理图，由OLED微型显示器发出的光，经柔性波导片传输后，最终扩瞳成像于人眼处。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何细微修改、等同变化与装饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，包括：
波导片(1)；所述波导片(1)由波导基底(11)、耦入区域(12)和耦出区域(13)构成；
所述波导片(1)的一侧斜面位置设置有所述耦入区域(12)，在所述耦入区域(12)设置有用于折光以及成像的第一折光区域(2)和第二折光区域(3)，所述第一折光区域(2)为半反半透系统，将光线折转于所述第二折光区域(3)内，所述第二折光区域(3)为成像透镜系统，将光线折转于所述波导片(1)内部；
所述波导片(1)中部为传输区域，光线全反射于所述波导片(1)内部，最终传输进入所述耦出区域(13)；
所述波导片(1)的另一侧设置有用于二维扩瞳的所述耦出区域(13)，可以采用不同材料对各个微镜进行涂覆或进行膜系镀制。
2.根据权利要求1所述的一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，所述波导基板(11)采用柔性材料。
3.根据权利要求1所述的一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，所述耦入区域(12)、所述耦出区域(13)和所述波导片(1)由光刻、压印、材料喷覆/膜层镀制而成。
4.根据权利要求1所述的一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，该方法应用于权利要求1所述系统，包括以下步骤：
步骤1：首先应用光学设计软件，建立满足设计指标要求的光机系统，并对系统光学性能进行仿真分析，最后通过调整设计参数确定光学系统的几何参数，得到原始光机系统的结构尺寸；
步骤2：应用仿真流程模块，建立光学、结构学、热学集成耦合分析，用于仿真结构模板的工作参数；
步骤3：采用光刻技术对模板进行加工；
步骤4：采用纳米压印工艺，进行图案的转移；
步骤4：对压印生成的微镜图案，采用不同材料分别对各个微镜进行喷覆或薄膜沉积，实现特定膜系结构；
步骤5：进行材料填充，完成柔性波导片的制作。
5.根据权利要求4所述的一种柔性近眼显示波导光机系统的制作方法，其特征在于，所述柔性波导片的视场角为30°(H:19°V:24°)，眼动范围为8mm×8mm，出瞳直径为13mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280786A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 深圳珑璟光电科技有限公司 一种光波导元件及其构建方法、近眼显示设备
CN115857177A (zh) * 2023-02-08 2023-03-28 北京灵犀微光科技有限公司 一种增强现实显示设备

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