CN114851608A - 光波导镜片及其制备方法和增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光波导镜片的制备方法，包括：提供模具，所述模具具有模腔，所述模腔内具有第一光栅结构；向所述模腔中注入原料液，经固化成型后，移除所述模具，得到光波导镜片，其中，所述光波导镜片的材质包括热固性树脂，所述光波导镜片包括第二光栅结构，所述第二光栅结构和所述第一光栅结构互补。该制备方法简单、操作方便，无需大型设备和复杂工艺即可获得树脂材料的光波导镜片，该光波导镜片重量轻、韧性佳、佩戴舒适性好。本申请还提供了一种光波导镜片和增强现实设备。

Description

光波导镜片及其制备方法和增强现实设备

技术领域

本申请属于电子产品技术领域，具体涉及光波导镜片及其制备方法和增强现实设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，实现真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间。增强现实设备可以利用光波导以实现增强现实的功能，然而目前光波导元件多为玻璃材质，重量大且易碎，影响增强现实设备的使用。

发明内容

鉴于此，本申请提供了一种光波导镜片及其制备方法和增强现实设备。

第一方面，本申请提供了一种光波导镜片的制备方法，包括：提供模具，所述模具具有模腔，所述模腔内具有第一光栅结构；向所述模腔中注入原料液，经固化成型后，移除所述模具，得到光波导镜片，其中，所述光波导镜片的材质包括热固性树脂，所述光波导镜片包括第二光栅结构，所述第二光栅结构和所述第一光栅结构互补。

第二方面，本申请提供了一种光波导镜片，通过第一方面所述的制备方法制得，所述光波导镜片的材质包括热固性树脂，所述光波导镜片包括第二光栅结构。

第三方面，本申请提供了一种增强现实设备，包括第二方面所述的光波导镜片。

本申请提供的光波导镜片的制备方法简单、操作方便，通过将原料液注入模具中经固化后即可获得光波导镜片，无需大型设备和复杂工艺，极大地降低了制备成本；该光波导镜片为树脂材料，质量轻且韧性好，佩戴舒适性得到提升；具有该光波导镜片的增强现实设备的使用寿命长、佩戴舒适性佳，提高了产品竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图。

图2为本申请一实施方式提供的模具的截面示意图。

图3为本申请一实施方式提供的模具的结构示意图。

图4为本申请一实施方式提供的模具的分解示意图。

图5为本申请一实施方式提供的图3中A-A方向上的截面示意图。

图6为本申请另一实施方式提供的图3中A-A方向上的截面示意图。

图7为本申请一实施方式提供的光波导镜片的截面示意图。

图8为本申请一实施方式提供的光波导镜片的结构示意图。

图9为本申请另一实施方式提供的光波导镜片的结构示意图。

图10为本申请一实施方式提供的二元光栅的结构示意图。

图11为本申请一实施方式提供的倾斜光栅的结构示意图。

图12为本申请一实施方式提供的闪耀光栅的结构示意图。

图13为本申请一实施方式提供的二维光栅的结构示意图。

图14为本申请另一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图。

图15为本申请又一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图。

图16为本申请另一实施方式提供的光波导镜片的截面示意图。

图17为本申请一实施方式提供的增强现实设备的示意图。

图18为本申请另一实施方式提供的增强现实设备的示意图。

标号说明：

模具-10，模腔-11，第一光栅结构-12，第一子模-13，第二子模-14，连接件-15，通孔-16，光波导镜片-20，第二光栅结构-21，镜片本体-22，耦入区-221，耦出区-222，增透膜-23，增强现实设备-200。

具体实施方式

以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在介绍本申请的技术方案之前，再详细介绍相关技术中的技术问题。

作为目前增强现实设备的主要技术方案，光波导可以将微型投影机投射的光传导到AR眼镜的前方，在人眼前方的实像之上叠加一个虚像，即具有增强现实的功能。光波导可以分为反射阵列光波导和衍射光波导，衍射光波导又可以细分为表面浮雕光栅和体全息光栅，以表面浮雕光栅为技术基础的衍射光波导是实现AR光波导的主流技术方案之一。现有表面浮雕光栅的衍射光波导一般制作在玻璃基板上，制造过程为：预先制作光栅模板，然后在玻璃基板上涂布压印胶，通过纳米压印工艺，利用光栅模板使压印胶形成光栅结构。但是由于玻璃基板密度较大，因而佩戴重量大，用户体验不友好；并且由于玻璃较脆，玻璃基板光波导的机械可靠性较差，因而跌落时非常易碎，而且玻璃碎裂为尖锐玻璃渣具有危险性。因此，本申请提供一种光波导镜片的制备方法，通过特定的模具以及原料液，获得树脂材料的光波导镜片，从而提高光波导镜片的韧性，降低光波导镜片的重量，改善佩戴舒适性，从而有利于光波导镜片的应用。

请参阅图1，为本申请一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图，包括：

S101：提供模具，模具具有模腔，模腔内具有第一光栅结构。

S102：向模腔中注入原料液，经固化成型后，移除模具，得到光波导镜片，其中，光波导镜片的材质包括热固性树脂，光波导镜片包括第二光栅结构，第二光栅结构和第一光栅结构互补。

本申请提供的光波导镜片20的制备方法中，通过将原料液注入模具10中，经过固化即可获得树脂材料的光波导镜片20，使光波导镜片20具有低质量和高韧性、使用寿命长、安全性更高。

在S101中，通过提供具有模腔11且模腔11内设置有第一光栅结构12的模具10，使得在原料液注入模具10的模腔11内并经固化后，可以在光波导镜片20上呈现与第一光栅结构12互补的结构。

请参阅图2，为本申请一实施方式提供的模具的截面示意图，模具10包括第一子模13和第二子模14，第一子模13和第二子模14围合形成模腔11，第一光栅结构12设置在第一子模13朝向第二子模14的表面。也就是说，第一光栅结构12设置在第一子模13的内表面。在本申请一实施方式中，第一子模13包括第一水平层和设置在第一水平层的表面边缘的第一边框，第一边框与第二子模14抵接，以形成模腔11。在本申请另一实施例中，第二子模14包括第二水平层和设置在第二水平层的表面边缘的第二边框，第二边框与第一子模13抵接，以形成模腔11。在本申请又一实施方式中，第一子模13包括第一水平层和设置在第一水平层的表面边缘的第一边框，第二子模14包括第二水平层和设置在第二水平层的表面边缘的第二边框，第一边框与第二边框抵接，以形成模腔11。在本申请又一实施方式中，模具10还包括连接件15，连接件15连接第一子模13和第二子模14，第一子模13、第二子模14和连接件15连接形成模腔11。进一步的，第一子模13和第二子模14相对设置且第一子模13和第二子模14之间具有间隙，连接件15连接第一子模13和第二子模14。更进一步的，连接件15设置在第一子模13和第二子模14的外周面。请参阅图3-图4，分别为本申请一实施方式提供的模具的结构示意图和分解示意图，请参阅图5，为本申请一实施方式提供的图3中A-A方向上的截面示意图，其中模具10包括第一光栅结构12、第一子模13、第二子模14、连接件15，第一子模13和第二子模14相对设置，第一光栅结构12设置在第一子模13朝向第二子模14的表面，连接件15设置在第一子模13和第二子模14的外周面，模具10具有模腔11，第一子模13、第二子模14和连接件15连接形成模腔11。其中，图4中未示出第一光栅结构12。

在本申请实施方式中，第二子模14朝向第一子模13的表面的粗糙度小于5nm，进一步提高光波导镜片20的表面性能。例如，第二子模14朝向第一子模13的表面的粗糙度小于4nm、小于3nm、小于2.5nm或小于2nm等。具体的，可以但不限于对第二子模14进行抛光处理以获得所需的表面粗糙度。在本申请实施方式中，第一子模13朝向第二子模14的表面上未设置第一光栅结构12的区域的表面粗糙度小于5nm，如表面粗糙度为1.5nm、2nm、3nm或4nm等，有利于进一步提高光波导镜片20的表面性能。在本申请中，第一光栅结构12根据光波导镜片20的使用需要进行设置，第一光栅结构12可以单独成型并设置在第一子模13的表面，也可以与第一子模13一体成型。在一实施例中，第一子模13表面具有凹坑，第一光栅结构12设置在凹坑中。在另一实施例中，第一子模13的表面为水平面，第一光栅结构12设置在水平面上。

在本申请实施方式中，第一子模13和/或第二子模14为玻璃。通过采用玻璃，保证了第一子模13、第二子模14的表面平整度以及光滑性，有利于提高制得的光波导镜片20的表面性能，同时，采用玻璃材质可以一体成型第一子模13和第一光栅结构12，也容易通过刻蚀、纳米压印等方式获得第一光栅结构12；进一步的，在后续工艺中通过注入原料液的方式进行固化成型，整个过程温度适宜，玻璃可以保持良好的表面性能，并且玻璃价格低，降低了模具10成本以及制备光波导镜片20的成本。在一实施例中，第一子模13和/或第二子模14为钢化玻璃，进一步提高模具10的可靠性和使用寿命。具体的，第一子模13和第二子模14均为钢化玻璃。当然，在一些其他的实施方式中，还可以采用陶瓷、金属、塑料等材料制成的模具10。

在本申请中，模腔11的空间大小、形状等影响了固化成型后的光波导镜片20的形状。也就是说，当模具10具有第一子模13和第二子模14时，第一子模13和第二子模14内表面围设形成的空间大小和形状影响了固化成型后的光波导镜片20的形状，可以通过控制第一子模13和第二子模14获得所需形状的光波导镜片20，还可以在移除模具10后进行机械加工获得所需形状的光波导镜片20。在本申请实施例中，第一子模13和第二子模14的横截面可以但不限于为圆形、正方形、长方形、椭圆形、菱形、梯形、三角形、不规则形状等，具体的可以根据需要进行选择。第一子模13和第二子模14的横截面可以相同，也可以不同。在一具体实施例中，如图4所示，第一子模13和第二子模14的横截面均为圆形。在一实施例中，第一子模13和第二子模14的横截面相同，且模具10中第一子模13在第二子模14表面的正投影与第二子模14的表面重合。也就是说，模具10中第一子模13和第二子模14刚好对应设置。在本申请中，第一子模13和第二子模14的厚度可以根据需要进行选择，具体的，第一子模13的厚度可以但不限于为5mm-30mm(如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm等)，第二子模14的厚度可以但不限于为5mm-30mm(如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm等)，第一子模13和第二子模14的厚度可以相同也可以不同。在本申请中，第一子模13和第二子模14之间的间距影响了光波导镜片20的厚度，可以根据需要设计第一子模13和第二子模14之间的间距。在一实施例中，第一子模13和第二子模14之间的间距可以为0.3mm-5mm，例如0.3mm-2mm、1mm-3mm、3mm-5mm等，具体的，第一子模13和第二子模14之间的间距可以但不限于为0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm等。如此，兼顾了光波导镜片20的结构强度和重量，避免了光波导镜片20的变形或质量较重。

在本申请中，当模具10具有连接件15时，连接件15用于连接和固定第一子模13和第二子模14以形成模腔11，保证了后续原料液的注入以及固化成型。在一实施例中，连接件15包括连接基体以及设置在连接基体表面的粘结层，粘结层朝向第一子模13和第二子模14。通过设置粘结层以对第一子模13和第二子模14进行连接。具体的，连接件15可以但不限于为胶带、密封胶圈等。

在本申请实施方式中，模具10还包括通孔16，通孔16连通模腔11。通过设置通孔16以连通模腔11和模具10外部环境，以便于原料液的注入。通孔16的数量可以为一个或多个，通孔16可以贯穿第一子模13、第二子模14和/或连接件15，以与模腔11连通。请参阅图6，为本申请另一实施方式提供的图3中A-A方向上的截面示意图，其中，模具10还包括通孔16，通孔16贯穿连接件15并与模腔11连通。

在本申请实施方式中，模具10还包括抗粘接层，抗粘接层至少覆盖第一光栅结构12。通过设置抗粘接层，防止固化成型后移除模具10时模具10表面残留树脂，避免破坏光波导镜片20结构的完整性，尤其保证了光波导镜片20中第二光栅结构21处的结构完整性，提高制备良率。在一实施例中，抗粘接层仅覆盖第一光栅结构12。在另一实施例中，抗粘接层覆盖第一光栅结构12以及第一子模13朝向第二子模14的表面。在本申请中，抗粘接层的设置不影响成型的第二光栅结构21的形貌，抗粘接层的厚度根据需要进行选择。在本申请实施方式中，抗粘接层的材质包括含氟材料。具体的，含氟材料可以但不限于包括聚四氟乙烯、氟硅烷类等。在一实施例中，可以通过气相和/或液相的方式在第一子模13表面成型抗粘接层。具体的，气相的方式包括化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积等，液相的方式包括喷涂、印刷、浸渍等。

在S102中，向模腔11中注入原料液，经固化成型后，移除模具10，得到光波导镜片20。本申请通过简单的浇注工艺和固化工艺即可获得树脂材料的光波导镜片20。注塑工艺针对的是热塑性树脂的成型，并且在成型过程中需要将热塑性树脂材料高温加热至熔融态，并且还需要通过注塑机将液体注入模具10中，还需要在冷却的环境中成型；而本申请制备热固性树脂材质的光波导镜片20，其原料液即为液态，无需高温加热，减少工艺流程和制备成本，并且采用浇注的方式，直接注入原料液，避免了大型设备的使用，降低成本以及降低工艺难度，提升了制备效率。

在本申请实施方式中，原料液的主要成分为热固性树脂单体。采用热固性树脂单体可以经固化形成热固性树脂，以获得性能优异的光波导镜片20，同时热固性树脂单体为液态，无需高温加热熔融，降低了制备成本，并且热固性树脂单体的流动性好，分子量小、粘度低，更容易进行浇注，也更容易浸润第一光栅结构12，有利于光波导镜片20的成型。在本申请一实施例中，原料液中热固性树脂单体的质量含量大于或等于90％。具体的，原料液中热固性树脂单体的质量含量大于或等于90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％等。进一步的，原料液中热固性树脂单体的质量含量大于或等于95％，进一步提高原料液的流动性，与第一光栅结构12的浸润性更好，还有利于提高固化后的交联密度。更进一步的，原料液中热固性树脂单体的质量含量大于或等于96％。在本申请中，热固性树脂单体能够在固化过程中交联产生热固性树脂。在本申请实施方式中，热固性树脂单体包括碳酸丙烯酯、烯丙基二甘醇碳酸脂、丙烯腈、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸烯酯、酞酸二烯丙酯和胺基甲酸酯中的至少一种。采用上述热固性树脂单体能够在固化成型后获得光透过率高的光学树脂，有利于光波导镜片20的使用。

在本申请实施方式中，原料液还包括固化剂。通过加入固化剂，保证热固性树脂单体发生交联，产生热固性树脂。在本申请一实施例中，固化剂包括热固化剂。通过采用热固化剂，可以在加热状态下即可使热固性树脂单体发生交联，促进固化的发生；同时相比于光固化，热固化的工艺要求更低，操作更加方便，同时形成的热固性树脂强度更高、表面硬度更好。在一实施例中，热固化剂包括过氧化新癸酸叔丁酯，异佛尔酮二胺、乙二胺和亚甲基双环己烷胺中的至少一种。在本申请实施方式中，原料液中固化剂的质量含量小于或等于6％。具体的，原料液中固化剂的质量含量可以但不限于为0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.5％、3％、4％、5％、6％等。进一步的，原料液中固化剂的质量含量小于或等于4％。更进一步的，原料液中固化剂的质量含量小于或等于3％。具体的，原料液中固化剂的质量含量可以但不限于为0.1％-3％、0.5％-2％、1％-3％或1.7％-2.5％等。

在本申请实施方式中，原料液还包括助剂。通过加入助剂进一步提升原料液和光波导镜片20的性能。在本申请一实施例中，助剂包括脱模剂和抗氧化剂中的至少一种。通过加入脱模剂，有利于固化成型后模具10的移除，以保证在移除模具10前后光波导镜片20结构的完整性；通过加入抗氧化剂，提升光波导镜片20的使用寿命。在一实施例中，脱模剂包括甘油单油酸酯、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。在一实施例中，抗氧化剂包括酚类抗氧化剂、胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的至少一种。其中，酚类抗氧化剂包括单酚、双酚、三酚、多酚、对苯二酚和硫代双酚中的至少一种，具体的，酚类抗氧化剂可以但不限于包括二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基-4正丁基酚、2,6-二叔丁基-4-异丁基酚、2,6-二环戊基-4-甲酚、2-(α-甲基环己基)-4,6-二甲酚、2,6-二叔丁基-4-甲氧基甲酚等；胺类抗氧化剂包括萘胺、二苯胺、对苯二胺和喹啉衍生物中的至少一种，具体的，胺类抗氧化剂可以但不限于为对苯二胺、二苯基胺、4-正丁基氨基苯酚、1,2-双[(2-甲基苯基)氨基]乙烷等；亚磷酸酯类抗氧化剂包括季戊四醇双亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(壬基苯基)中的至少一种。在本申请实施方式中，原料液中助剂的质量含量小于或等于4％。具体的，原料液中助剂的质量含量可以但不限于为0.1％、0.2％、0.5％、0.9％、1％、2％、2.5％、3％、4％等。进一步的，原料液中助剂的质量含量小于或等于2％。更进一步的，原料液中助剂的质量含量小于或等于1％。在一具体实施例中，原料液中固化剂的质量含量为0.1％-1％。

在本申请一实施例中，原料液包括热固性树脂单体、固化剂和助剂。在一实施例中，按质量含量计，原料液中包括90％以上的热固性树脂单体、6％以下的固化剂和4％以下的助剂。通过该原料液能够在固化成型过程中获得光学性能优异、结构强度佳的光波导镜片20。进一步的，按质量含量计，原料液中包括95％以上的热固性树脂单体、3％以下的固化剂和2％以下的助剂。更进一步的，按质量含量计，原料液中包括96％以上的热固性树脂单体、3％以下的固化剂和1％以下的助剂。

在本申请实施方式中，在向模腔11中注入原料液前，还可以对原料液进行脱泡处理。在一实施例中，在真空度小于500Pa的条件下对原料液进行脱泡处理。在一具体实施例中，将热固性树脂单体、固化剂和助剂混合并搅拌均匀后进行脱泡处理。通过脱泡处理，能够去除原料液中的空气，避免光波导镜片20内部存在气泡，保证了光波导镜片20结构的可靠性。

在本申请中，将模腔11中注入原料液后，由于原料液中主要成分为热固性树脂单体，其分子量小、粘度低、流动性好，能够快速且均匀地填充在模腔11中，并且与第一光栅结构12的浸润性佳，能够在后续固化成型中将第一光栅结构12拓印出来。在本申请中，可以将原料液缓慢注入模腔11中，避免在注入过程中向原料液中引入空气。可以理解的，在注入完成后，可以将注入口进行封闭，避免原料液流出。在一实施例中，模具10具有通孔16，通过通孔16向模腔11中注入原料液，注入完成后，将通孔16封闭。具体的，可以通过胶带进行密封。

在本申请中，当原料液中具有热固化剂时，采用热处理的方式进行固化成型，固化温度根据热固性树脂单体的性能进行选择。在本申请实施方式中，固化成型包括在30℃-250℃固化1h-100h。具体的，固化成型的温度可以但不限于为30℃、50℃、100℃、150℃、180℃、200℃、230℃或250℃等，固化成型的时间可以但不限于为1h、10h、20h、30h、40h、50h、60h、70h、80h、90h或100h等。在本申请实施方式中，采用分段固化的方式进行固化成型。在本申请一实施方式中，固化成型包括第一段固化和第二段固化，第一段固化包括在30℃-100℃固化0.5h-20h，第二段固化包括在80℃-250℃固化0.5h-20h，第二段固化的温度大于第一段固化的温度。通过分段固化，可以使原料液内部的交联固化速度更加缓和，提高交联密度，降低内部的应力，提升光波导镜片20的性能。在一实施例中，固化成型可以包括1h-15h升温至30℃-100℃，在30℃-100℃保温0.5h-20h；1h-15h从30℃-100℃升温至80℃-250℃，在80℃-250℃保温0.5h-20h；最后1h-30h从80℃-250℃降温至30℃-50℃。如此，进一步控制升温过程中的速率，保证交联固化的进行。在一具体实施例中，固化成型可以包括3h从30℃升温至60℃，在60℃保温10h；5h从60℃升温至150℃，在150℃保温4h；最后3h从150℃降温至30℃。在另一具体实施例中，固化成型可以包括4h从30℃升温至80℃，在80℃保温5h；3h从80℃升温至100℃，2h从100℃升温至120℃；在120℃保温7h；最后2h从120℃降温至50℃。在又一具体实施例中，固化成型可以包括8h从30℃升温至100℃，在100℃保温2h；10h从100℃升温至200℃，在200℃保温4h；最后15h从200℃降温至40℃。

在本申请中，固化完成后将模具10移除即可获得光波导镜片20。在一实施例中，可以将模具10中的连接件15拆除后，将第一子模13、第二子模14和光波导镜片20分离即可。

在本申请中，移除模具10后得到光波导镜片20，光波导镜片20的材质包括热固性树脂，光波导镜片20具有第二光栅结构21，第一光栅结构12和第二光栅结构21互补。在本申请实施方式中，光波导镜片20的折射率为1.5-1.8，以保证光波导镜片20的使用。也就是说，热固性树脂单体交联形成的热固性树脂的折射率为1.5-1.8。具体的，光波导镜片20的折射率可以但不限于为1.5、1.6、1.7或1.8等。在本申请实施方式中，光波导镜片20的厚度为0.3mm-5mm。光波导镜片20的厚度为镜片本体22和第二光栅结构21的高度和。具体的，光波导镜片20的厚度可以但不限于为0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm等。

请参阅图7，为本申请一实施方式提供的光波导镜片的截面示意图，其中，光波导镜片20包括镜片本体22和设置在镜片本体22表面的第二光栅结构21。其中，镜片本体22和第二光栅结构21为一体成型，且为同种材质。在本申请一实施例中，镜片本体22的可见光透过率不小于85％，以保证光波导镜片20的使用。也就是说，热固性树脂单体交联形成的热固性树脂的可见光透过率不小于85％。具体的，镜片本体22的可见光透过率不小于87％、88％、90％、92％、94％、95％等。在本申请一实施例中，镜片本体22具有耦入区221和耦出区222，第二光栅结构21设置在耦入区221和耦出区222。耦入区221用于使光耦合到第二光栅结构21中，耦出区222域用于使光耦合出第二光栅结构21中。在本申请中，耦入区221和耦出区222的区域形状可以但不限于为圆形、正方形、长方形、椭圆形等。在一实施例中，耦入区221的区域形状可以为圆形；光机的出光口较多为圆形，圆形的耦入区221可以更好地接受光机发出的光；耦出区222的区域形状可以为长方形，有利于光线在光波导镜片20中的传播。具体的，耦出区222的区域形状可以为长方形，长方形的长度和宽度比可以为16:9。请参阅图8，为本申请一实施方式提供的光波导镜片的结构示意图，镜片本体22包括耦入区221和耦出区222，其中，图8中并未示出第二光栅结构21。可以理解的，上述制备方法中，将模具10移除后还可以进行机械加工，从而获得所需形状的光波导镜片20。请参阅图9，为本申请另一实施方式提供的光波导镜片的结构示意图，其中，通过对图8所示的光波导镜片20进行机械加工，获得图9所示的光波导镜片20。光波导镜片20的具体形状可以根据需要进行选择。

在本申请实施方式中，第二光栅结构21包括二元光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和二维光栅中的至少一种。二元光栅的子结构之间存在凹陷结构；倾斜光栅的子结构与镜片本体22之间存在一定的夹角，具体的，夹角可以但不限于为5°-85°(如5°、10°、30°、50°、70°、80°等)；闪耀光栅的子结构截面为锯齿形，二维光栅指在两个正交方向上均具有周期性子结构的光栅结构。请参阅图10-图13，为本申请一实施方式提供的二元光栅、倾斜光栅、闪耀光栅、二维光栅的结构示意图。在本申请实施方式中，第二光栅结构21的周期可以为200nm-800nm。具体的，第二光栅结构21的周期可以但不限于为200nm、300nm、400nm、450nm、500nm、600nm、700nm或800nm等。在本申请实施方式中，第二光栅结构21的高度小于300nm。具体的，第二光栅结构21的高度可以但不限于为1nm、10nm、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm或280nm等。

请参阅图14，为本申请又一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图，包括：

S201：提供模具，模具具有模腔，模腔内具有第一光栅结构。

S202：向模腔中注入原料液，沿重力方向上第二子模、原料液和第一子模依次设置，经固化成型后，移除模具，得到光波导镜片，其中，光波导镜片的材质包括热固性树脂，光波导镜片包括第二光栅结构，第二光栅结构和第一光栅结构互补。

其中，S201可以参照上述S101中的相关描述，在此不再赘述。

在S202中，在固化成型中，沿重力方向上，第二子模14、原料液和第一子模13依次设置。也就是说，在固化成型中，第一子模13相较于第二子模14更靠近地面。由于在固化过程中，交联形成的热固性树脂相较于原料液，体积有微量的收缩；因此，上述设置使得在固化成型过程中，原料液可以始终完全填充第一光栅结构12，保证形成的热固性树脂可以完全转印第一光栅结构12的形貌，也确保了光波导镜片20的结构完整性，提高了制备良率。例如，在固化成型中，模具10的放置方式为图5所示的方向，其中重力方向为图5中从上到下的方向。

请参阅图15，为本申请又一实施方式提供的光波导镜片的制备方法流程图，包括：

S301：提供模具，模具具有模腔，模腔内具有第一光栅结构。

S302：向模腔中注入原料液，经固化成型后，移除模具，得到镜片本体和设置在镜片本体表面的第二光栅结构，第二光栅结构和第一光栅结构互补。

S303：在镜片本体背离第二光栅结构的表面成型增透膜，得到光波导镜片，光波导镜片的材质包括热固性树脂。

其中，S301、S302可以参照上述S101、S102中的相关描述，在此不再赘述。

在S303中，还包括在镜片本体22背离第二光栅结构21的表面成型增透膜23。通过设置增透膜23，提高了光波导镜片20的透光量，有利于提升光波导镜片20的使用性能。具体的，可以但不限于通过物理气相沉积的方式形成增透膜23，如真空蒸镀、磁控溅射、离子镀等。请参阅图16，为本申请另一实施方式提供的光波导镜片的截面示意图，其与图7的不同之处在于，光波导镜片20还包括设置在镜片本体22背离第二光栅结构21表面的增透膜23。在本申请实施方式中，增透膜23的厚度为10nm-200nm。具体的，增透膜23的厚度可以但不限于为10nm、50nm、100nm、120nm、150nm、180nm、200nm等。通过设置增透膜23，可以使镜片本体22的可见光反射率小于1.5％。在一实施例中，增透膜23由至少两种具有不同折射率的光学薄膜交替层叠形成。也就是说，增透膜23由多个光学薄膜组成时，相邻的光学薄膜的折射率不同。进一步的，增透膜23由高折射率光学薄膜和低折射率光学薄膜周期性地交替层叠形成。具体的，高折射率光学薄膜的材质可以包括二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪和五氧化二铌中的至少一种，低折射率光学薄膜的材质可以包括氧化镁、氟化镁和二氧化硅中的至少一种。在一具体实施例中，增透膜23包括周期性交替层叠的二氧化硅层和二氧化钛层。在另一具体实施例中，增透膜23包括周期性交替层叠的二氧化锆层和氧化镁层。

在本申请实施方式中，当第二光栅结构21包括闪耀光栅时，还包括在闪耀光栅的表面成型镀膜层。通过设置镀膜层，改善闪耀光栅的光学性能。在一实施例中，镀膜层的材质包括二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪和五氧化二铌中的至少一种。在本申请中，镀膜层的设置不影响闪耀光栅的锯齿形形貌。在一实施例中，镀膜层的厚度为10nm-150nm，如此既能够改善闪耀光栅的光学性能，同时又不会影响闪耀光栅的形貌。具体的，镀膜层的厚度可以但不限于为10nm、50nm、80nm、100nm、120nm、150nm等。

本申请还提供了一种光波导镜片20，该光波导镜片20通过上述任一实施方式中的制备方法制得。本申请提供的光波导镜片20的材质包括热固性树脂，与玻璃材质的镜片相比，重量降低且韧性提高，佩戴舒适性提升，易碎性得到改善，安全性高，并且制备成本低，更有利于在增强现实设备200中使用。

本申请还提供了一种增强现实设备200，包括上述任一实施方式提供的光波导镜片20或任一实施方式制得的光波导镜片20。该增强现实设备200的佩戴舒适性好，跌落时不易碎，制备成本低。在本申请实施方式中，增强现实设备200包括增强现实眼镜和增强现实头盔中的至少一种。请参阅图17，为本申请一实施方式提供的增强现实设备的示意图，该增强现实设备200为增强现实眼镜；请参阅图18，为本申请另一实施方式提供的增强现实设备的示意图，该增强现实设备200为增强现实头盔；该增强现实眼镜和增强现实头盔具有上述的光波导镜片20。可以理解的，图17和图18中仅示例性的示出了增强现实设备200的结构，增强现实设备200还可以设计为其他所需的形状结构。

在本申请实施方式中，增强现实设备200还包括光机，光机用于产生光并将光射向光波导镜片20。具体的，通过光机将图像投影到光波导镜片20内，然后由光波导镜片20将图像进行二维扩瞳后再投射入人眼。进一步的，增强现实设备200包括光波导镜片20、光机和电源，电源为光机供电，光机用于产生光并将光射向光波导镜片20。光机可以设置在光波导镜片20靠近人眼的一侧，光机与电源可以直接或间接电连接；电源可以但不限于为一次电池、蓄电池、纽扣电池或外接电源等。在一实施例中，增强现实设备200还可以包括固定件(镜框、头盔等)、麦克风、语音控制器、摄像头等辅助功能设备，也可以包括用于与智能终端进行数据传输的数据线，还可以包括蓝牙模块、WiFi模块、定位模块等智能模块，由此可以与智能终端(例如电子设备，具体可以但不限于为手机、平板、电脑、智能手表、影音设备、导航设备、无人机、摄像机等)进行无线数据传输，实现信息交互，以达到更好的增强现实效果。

实施例1

将10g碳酸丙烯酯、5g丙基二甘醇碳酸脂、4.8g胺基甲酸酯、0.5g异佛尔酮二胺、0.3g亚甲基双环己烷胺、0.01g甘油单油酸酯、0.01g二叔丁基对甲酚混合，搅拌均匀后在100Pa真空条件下脱泡20min，获得原料液。

将原料液注入图3所示的模具的模腔中，其中模具包括第一子模、第二子模、连接件和第一光栅结构，第一子模和第二子模相对，第一光栅结构设置在第一子模朝向第二子模的表面，连接件设置在第一子模和第二子模的外周面，第一子模、第二子模和连接件连接形成模腔。注入完成后进行固化成型，其中固化成型包括4h从30℃升温至80℃，在80℃保温5h。3h从80℃升温至100℃，2h从100℃升温至120℃；在120℃保温7h；最后2h从120℃降温至50℃；固化成型过程中沿重力方向上，第二子模、原料液和第一子模依次设置。固化完成后将模具移除，得到光波导镜片，光波导镜片包括镜片本体和设置在镜片本体表面的第二光栅结构，第一光栅结构和第二光栅结构互补，第二光栅结构为二元光栅。

实施例2

将12g碳酸丙烯酯、10g乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.5g过氧化新癸酸叔丁酯、0.1g季戊四醇硬脂酸酯、0.1g季戊四醇双亚磷酸酯混合，搅拌均匀后在200Pa真空条件下脱泡30min，获得原料液。将原料液注入模具中，模具具有模腔，模腔内具有第一光栅结构；注入完成后经固化成型、脱模，得到光波导镜片。光波导镜片包括镜片本体和设置在镜片本体表面的第二光栅结构，镜片本体具有耦入区和耦出区，第二光栅结构设置在耦入区和耦出区，耦入区为圆形，耦出区为长方形，第一光栅结构和第二光栅结构互补，第二光栅结构为闪耀光栅。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，还包括通过真空蒸镀的方式在镜片本体背离第二光栅结构的表面成型增透膜，增透膜包括三层二氧化硅层和两层二氧化钛层、二氧化硅层和二氧化钛层交替层叠设置，增透膜的厚度为150nm。

上述实施例制得的光波导镜片质量轻、不易碎，机械性能好，表面硬度高，应用在增强现实眼镜中时，增强现实眼镜的佩戴舒适佳，使用寿命长。

以上对本申请实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本申请的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种光波导镜片的制备方法，其特征在于，包括：

提供模具，所述模具具有模腔，所述模腔内具有第一光栅结构；

向所述模腔中注入原料液，经固化成型后，移除所述模具，得到光波导镜片，其中，所述光波导镜片的材质包括热固性树脂，所述光波导镜片包括第二光栅结构，所述第二光栅结构和所述第一光栅结构互补。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具包括第一子模和第二子模，所述第一子模和所述第二子模围合形成所述模腔，所述第一光栅结构设置在所述第一子模朝向所述第二子模的表面。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述固化成型中，沿重力方向上，所述第二子模、所述原料液和所述第一子模依次设置。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化成型包括在30℃-250℃固化1h-100h。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固化成型包括第一段固化和第二段固化，所述第一段固化包括在30℃-100℃固化0.5h-20h，所述第二段固化包括在80℃-250℃固化0.5h-20h，所述第二段固化的温度大于所述第一段固化的温度。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料液包括热固性树脂单体，所述原料液中所述热固性树脂单体的质量含量大于或等于90％；

所述热固性树脂单体包括碳酸丙烯酯、烯丙基二甘醇碳酸脂、丙烯腈、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸烯酯、酞酸二烯丙酯和胺基甲酸酯中的至少一种。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料液中还包括固化剂和助剂，所述原料液中所述固化剂的质量含量小于或等于6％，所述原料液中所述助剂的质量含量小于或等于4％；

所述固化剂包括热固化剂，所述热固化剂包括过氧化新癸酸叔丁酯，异佛尔酮二胺、乙二胺和亚甲基双环己烷胺中的至少一种；

所述助剂包括脱模剂和抗氧化剂中的至少一种，所述脱模剂包括甘油单油酸酯、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种，所述抗氧化剂包括酚类抗氧化剂、胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的至少一种。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具还包括抗粘接层，所述抗粘接层至少覆盖所述第一光栅结构。

9.一种光波导镜片，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制得，所述光波导镜片的材质包括热固性树脂，所述光波导镜片包括第二光栅结构。

10.一种增强现实设备，其特征在于，包括权利要求9所述的光波导镜片。

Images