CN116224484B - 二维扩瞳全息光波导片的制备方法、光波导片及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法、光波导片及AR眼镜，将第一分光件和第一反光件中心设置在同一条直线上，将棱镜设置在所述第一分光件下方，所述棱镜的上表面和底面为平面结构且相互平行，所述棱镜的侧面为斜面结构，所述棱镜的底部设置有曝光件；在所述第一分光件和所述棱镜之间设置第一光分束件，通过所述第一光分束件将通过第一分光件的反射光进行分束后垂直入射到所述棱镜上表面和棱镜侧面的第一斜面，将通过第一分光件的透射光通过所述第一反光件后垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面上；通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片。

Description

二维扩瞳全息光波导片的制备方法、光波导片及AR眼镜

技术领域

本申请各实施例属于AR技术领域，具体涉及二维扩瞳全息光波导片的制备方法、光波导片及AR眼镜。

背景技术

为保证用户在使用过程中拥有较好的视觉体验，全息光波导片必须具备二维扩瞳的功能，能够双向增加眼动范围。在二维扩瞳全息光波导片制备中，单个波导片上需要制备三个光栅，分别为耦入光栅，转折光栅，耦出光栅，且不同光栅的制备方式不同。现有二维扩瞳全息光波导片制备方式是搭建三个曝光光路，将单片波导片进行三次曝光，依次形成三种光栅，从而完成二维扩瞳全息光波导片的制备。这种制备方案需要搭建三个制备光路，制备程序繁琐，制备效率较低。制备过程中需要多次曝光，可能相互影响，降低光栅制备良率。

发明内容

为了解决或缓解现有技术存在的技术问题，本申请实施例提供了一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，通过搭建一个制备光路即能实现二维扩瞳全息光波导片的制备，能够有效的提升制备效率和产品良率。

第一方面，本申请实施例提供了一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，所述方法包括：

将第一分光件和第一反光件中心设置在同一条直线上，将棱镜设置在所述第一分光件下方，所述棱镜的上表面和底面为平面结构且相互平行，所述棱镜的侧面为斜面结构，所述棱镜的底部设置有曝光件；

在所述第一分光件和所述棱镜之间设置第一光分束件，通过所述第一光分束件将反射光进行分束后垂直入射到所述棱镜上表面和棱镜侧面的第一斜面，将通过第一分光件的透射光通过所述第一反光件后垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面上；

通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片。

作为本申请一优选实施例，所述方法还包括：

在所述第一反光件和所述棱镜之间设置第二光分束件；

通过所述第二光分束件将通过所述第一反光件的透射光进行分束后垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面上。

作为本申请一优选实施例，所述第一光分束件包括第二分光件和第二反光件，经所述第一光分束件得到第一光束和第二光束，经过所述第一反光件后的透射光为第三光束，将部分所述反射光经所述第二分光件后的第一光束垂直入射到所述棱镜上表面，将另一部分反射光依次通过第二分光件和第二反光件后的第二光束垂直入射到所述棱镜侧面的第一斜面，所述第三光束垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面。

作为本申请一优选实施例，所述通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片，包括：

遮挡第二光束，经过所述棱镜后的第一光束和第三光束在曝光件上进行曝光，制备出耦入光栅；

遮挡第一光束，经过所述棱镜后的第二光束和第三光束在曝光件上进行曝光，调整所述棱镜位置以便第二光束和第三光束在曝光件上的光斑移动到转折光栅的位置，从而制备转折光栅；

遮挡第三光束，经过所述棱镜后的第一光束和第二光束在曝光件上进行曝光，调整所述棱镜位置以便第一光束和第二光束在曝光件上的光斑移动到耦出光栅的位置，从而制备耦出光栅。

作为本申请一优选实施例，所述第一光分束件包括第三分光件和第四反光件，经过所述第一光分束件分出第四光束，第五光束，第六光束和第七光束，经过所述第一反光件后的透射光为第三光束，所述第三光束经过所述第二光分束件后分出第八光束和第九光束，将部分所述反射光经所述第三分光件后的第四光束和第五光束垂直入射到所述棱镜上表面，将另一部分反射光依次通过第三分光件和第四反光件后的第六光束和第七光束垂直入射到所述棱镜侧面的第一斜面，所述第八光束和第九光束垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面。

作为本申请一优选实施例，所述第四光束和第五光束入射到所述棱镜的位置不同，所述第六光束和第七光束入射到所述棱镜的位置不同，所述第四光束和第五光束垂直入射到所述棱镜上表面的位置，所述第六光束和第七光束垂直入射到所述棱镜侧面的第一斜面，所述第八光束和第九光束垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面。

作为本申请一优选实施例，所述通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片，包括：

经过所述棱镜后的第四光束和第八光束在曝光件上进行曝光，形成耦入光栅；

经过所述棱镜后的第六光束和第九光束在曝光件上进行曝光，形成转折光栅；

经过所述棱镜后的第五光束和第七光束在曝光件上进行曝光，形成耦出光栅。

作为本申请一优选实施例，所述曝光件为全息材料。

与现有技术相比，本申请实施例提供了一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，将第一分光件和第一反光件中心设置在同一条直线上，将棱镜设置在所述第一分光件下方，所述棱镜的上表面和底面为平面结构，所述棱镜的侧面为斜面结构，所述棱镜的底部设置有曝光件；在所述第一分光件和所述棱镜之间设置第一光分束件，通过所述第一光分束件将通过第一分光件的反射光进行分束后部分通过第二分光件垂直入射到所述棱镜上表面，另一部分依次通过第二分光件和第二反光件后垂直入射到棱镜侧面的第一斜面，将通过第一分光件的透射光通过所述第一反光件后垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面上；通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片。本申请实施例只需要搭建一个制备光路就能完成耦入光栅，转折光栅，耦出光栅的制备，得到二维扩瞳全息光波导片，有效的提升了制备效率和产品良率，有利于进行大批量生产。

第二方面，本申请实施例还提供了一种二维扩瞳全息光波导片，通过如第一方面所述的任一项所述的制备方法制备。

第三方面，本申请实施例还提供了一种AR眼镜，包括第二方面所述的二维扩瞳全息光波导片。

与现有技术相比，本申请实施例第二方面和第三方面提供的技术方案的有益效果与第一方面相同，在此不再赘述。

附图说明

图1是本发明提供的一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法流程示意图；

图2是本发明提供的一种制备二维扩瞳光波导片的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种单个光路制备二维扩瞳光波导片的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的部分光路的示意图；

图5是本发明提供的棱镜的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的一种单个光路制备二维扩瞳光波导片的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的部分光路的示意图；

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

如图1至图7所示，第一方面，本申请实施例提供了一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，所述方法包括：

步骤S01，将第一分光件01和第一反光件02中心设置在同一条直线上，将棱镜03设置在所述第一分光件01下方，所述棱镜03的上表面和底面为平面结构且相互平行，所述棱镜03的侧面为斜面结构，所述棱镜03的底部设置有曝光件；

具体的，在本申请实施例中，所述第一分光件01和第二分光件06为分光镜，所述第一反光件02和第二反光件07为反光镜，所述分光镜和反光镜以一定的倾斜角度设置，所述图像光入射到分光镜上后，通过第一分光件01将图像光分为反射光和透射光，本申请实施例中的棱镜03结构具有特殊要求，所述棱镜03的上表面和下表面为平面结构且相互平行，棱镜03的侧面为斜面结构，在具体的实施例中，棱镜03可以为锥状结构，棱镜03的上表面设置为平面可以使经过分光镜后的反射光可以垂直入射到棱镜03的上表面，棱镜03的侧面设置为斜面可以使经过反光镜光垂直入射到棱镜03侧面的斜面上。这样可以方便棱镜03斜面入射的光和上表面入射的光在曝光件上干涉进而进行选择性曝光。

步骤S02，在所述第一分光件01和所述棱镜03之间设置第一光分束件04，通过所述第一光分束件04将反射光进行分束后垂直入射到所述棱镜03上表面和棱镜03侧面的第一斜面，将通过第一分光件01的透射光通过所述第一反光件02后垂直入射到所述棱镜03侧面的第二斜面上；

步骤S03，通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜03上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片。

具体的，为了实现在同一个光路上制备耦入光栅，转折光栅和耦出光栅，且不会产生光干涉干扰，所以需要通过在所述第一分光件01和所述棱镜03之间设置第一光分束件04。

所述第一光分束件04包括第二分光件06和第二反光件07，经所述第一光分束件04得到第一光束1和第二光束2，经过所述第一反光件02后的透射光为第三光束3，将部分所述反射光经所述第二分光件06后的第一光束1垂直入射到所述棱镜03上表面，将另一部分反射光依次通过第二分光件06和第二反光件07后的第二光束2垂直入射到所述棱镜03侧面的第一斜面，所述第三光束3垂直入射到所述棱镜03侧面的第二斜面。

所述通过所述曝光件对入射到所述棱镜03上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片，具体包括：

遮挡第二光束2，经过所述棱镜03后的第一光束1和第三光束3在曝光件上进行曝光，制备出耦入光栅；

遮挡第一光束1，经过所述棱镜03后的第二光束2和第三光束3在曝光件上进行曝光，调整所述棱镜03位置以便第二光束2和第三光束3在曝光件上的光斑移动到转折光栅的位置，从而制备转折光栅；

遮挡第三光束3，经过所述棱镜03后的第一光束1和第二光束2在曝光件上进行曝光，调整所述棱镜03位置以便第一光束1和第二光束2在曝光件上的光斑移动到耦出光栅的位置，从而制备耦出光栅。

在本申请实施例中，所述曝光件为全息材料。

在本申请一实施例中，所述方法还包括：

在所述第一反光件02和所述棱镜03之间设置第二光分束件05；

通过所述第二光分束件05将通过所述第一反光件02的光进行分束后垂直入射到所述棱镜03侧面的斜面上。

所述第一光分束件04包括第三分光件08和第四反光件09，经过所述第一光分束件04分出第四光束4，第五光束5，第六光束6和第七光束7，经过所述第一反光件02后的透射光为第三光束3，所述第三光束3经过所述第二光分束件05后分出第八光束8和第九光束9，将部分所述反射光经所述第三分光件08后的第四光束4和第五光束5垂直入射到所述棱镜03上表面，将另一部分反射光依次通过第三分光件08和第四反光件09后的第六光束6和第七光束7垂直入射到所述棱镜03侧面的第一斜面，所述第八光束8和第九光束9垂直入射到所述棱镜03侧面的第二斜面。

所述第四光束4和第五光束5入射到所述棱镜03的位置不同，所述第六光束6和第七光束7入射到所述棱镜03的位置不同。

所述通过所述曝光件对入射到所述棱镜03上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片，具体包括：

经过所述棱镜03后的第四光束4和第八光束8在曝光件上进行曝光，形成耦入光栅；

经过所述棱镜03后的第六光束6和第九光束9在曝光件上进行曝光，形成转折光栅；

经过所述棱镜03后的第五光束5和第七光束7在曝光件上进行曝光，形成耦出光栅。

以下以具体的实施例详细介绍本申请的技术方案：

实施例一

如图3至图5所示，搭建曝光光路，只利用单个光路，通过光学元件切换曝光光路，分三次曝光制备不同的光栅，形成二维扩瞳全息光波导片，需要说明的是，图3只是示出了棱镜的正视图，棱镜的第一斜面在图上未示出。

如图4和图5所示的光路能够制备三种不同的光栅，获得二维扩瞳全息光波导片， 光束在经过第一分光件01后分成反射光和透射光，其中，反射光通过第一光分束件04继续 被再分成第一光束1和第二光束2，其中，第一光分束件04包括第二分光件06和第二反光件 07，经过所述第一反光件02后的透射光为第三光束3，将部分所述反射光经所述第二分光件 06后的第一光束1垂直入射到所述棱镜03上表面，将另一部分反射光依次通过第二分光件 06和第二反光件07后的第二光束2垂直入射到所述棱镜03侧面的第一斜面，所述第三光束3 垂直入射到所述棱镜03侧面的第二斜面。棱镜03放置于升降台上，且该升降台在光学平台 上具备二维平移的功能。在制备耦入光栅时，第一光束1和第三光束3经过棱镜03后在全息 材料平面上干涉，遮挡第二光束2，在对应光路上设置光阑将干涉面积调制成设计大小（实 际制备中，为避免耦入光栅过大占用镜片面积，设置较小，直径或者边长一般为5mm-30mm之 间），制备出耦入光栅。在制备转折光栅时，第二光束2和第三光束3经过棱镜03后在全息材 料平面上干涉，遮挡第一光束1，在对应光路上设置光阑将干涉面积调制成设计大小（转折 光栅的形貌一般为矩形或者梯形，本申请不限制转折光栅的形状，一般长宽范围为10mm 5mm到70mm30mm之间），移动升降台的位置，将干涉光斑移动到转折光栅设计的位置，制 备出对应转折光栅（指定位置为设计图纸中转折光栅在整个光波导片中的位置，通过移动 二维平移台使升降台带动棱镜03移动，全息材料和棱镜03贴合，棱镜03移动，两光束干涉的 位置改变。当干涉位置到达全息材料设计的位置时，能够进行曝光）。在制备耦出光栅时，第 一光束1和第二光束2经过棱镜03后在全息材料平面上干涉，遮挡第三光束3，在对应光路上 设置光阑将干涉面积调制成设计大小，移动升降台的位置，将干涉光斑移动到耦出光栅设 计的位置，制备出耦出光栅（和曝光转折光栅类似，通过移动二维平移台和对升降台进行升 降，使两束光的干涉位置到达全息材料设计的位置时，能够进行曝光）。综上，通过移动升降 台的位置和遮挡光路，能够在同一条曝光光路上制备二维扩瞳全息光波导镜片。

实施例二

如图5至图7所示，搭建曝光光路，利用单个光路，单次曝光，同时得到耦入光栅，转折光栅，耦出光栅，形成二维扩瞳全息光波导片。需要说明的是，图6只是示出了棱镜的正视图，棱镜的第一斜面在图上未示出。

根据图6和图7所示的光路能够单次曝光制备二维扩瞳全息光波导镜片。光束在经过第一分光件01后分成反射光和透射光，所述第一光分束件04包括第三分光件08和第四反光件09，经过所述第一光分束件04反射光继续被分出第四光束4，第五光束5，第六光束6和第七光束7，经过所述第一反光件后的透射光为第三光束3，所述第三光束3经过所述第二光分束件05后分出第八光束8和第九光束9，将部分所述反射光经所述第三分光件08后的第四光束4和第五光束5垂直入射到所述棱镜03上表面，将另一部分反射光依次通过第三分光件08和第四反光件09后的第六光束6和第七光束7垂直入射到所述棱镜03侧面的第一斜面，所述第八光束8和第九光束9垂直入射到所述棱镜03侧面的第二斜面。光束曝光时，第四光束4和第八光束8经过棱镜03后在全息材料平面上干涉，形成耦入光栅，第六光束6和第九光束9经过棱镜03后在全息材料平面上干涉，形成转折光栅，第五光束5和第七光束7经过棱镜03后在全息材料平面上干涉，形成耦出光栅。各个光栅的位置由不同光束的干涉位置决定，大小根据各自光路上的光阑决定。综上，根据这个光路，能够通过单次曝光实现二维扩瞳全息光波导片的制备。

第二方面，本申请实施例还提供了一种二维扩瞳全息光波导片，通过如第一方面所述的任一项所述的制备方法制备。

第三方面，本申请实施例还提供了一种AR眼镜，包括第二方面所述的二维扩瞳全息光波导片。

与现有技术相比，本申请实施例第二方面和第三方面提供的技术方案的有益效果与第一方面相同，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将第一分光件和第一反光件中心设置在同一条直线上，将棱镜设置在所述第一分光件下方，所述棱镜的上表面和底面为平面结构且相互平行，所述棱镜的侧面为斜面结构，所述棱镜的底部设置有曝光件，

在所述第一分光件和所述棱镜之间设置第一光分束件，所述第一反光件和所述棱镜之间设置有第二光分束件；通过所述第一光分束件将反射光进行分束后垂直入射到所述棱镜上表面和棱镜侧面的第一斜面，通过所述第二光分束件将经所述第一反光件的透射光进行分束后垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面上；

通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片；

所述第一光分束件包括第三分光件和第四反光件，经过所述第一光分束件分出第四光束，第五光束，第六光束和第七光束，经过所述第一反光件后的透射光为第三光束，所述第三光束经过所述第二光分束件后分出第八光束和第九光束，将部分所述反射光经所述第三分光件后的第四光束和第五光束垂直入射到所述棱镜上表面，将另一部分反射光依次通过第三分光件和第四反光件后的第六光束和第七光束垂直入射到所述棱镜侧面的第一斜面，所述第八和第九光束垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面。

2.如权利要求1所述的一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，其特征在于，所述第四光束和第五光束垂直入射到所述棱镜上表面的不同位置，所述第六光束和第七光束垂直入射到所述棱镜侧面的第一斜面不同位置，所述第八光束和第九光束垂直入射到所述棱镜侧面的第二斜面的不同位置。

3.如权利要求1所述的一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，其特征在于，所述通过所述曝光件对垂直入射到所述棱镜上的光进行选择性曝光，制备出二维扩瞳全息光波导片，包括：

经过所述棱镜后的第四光束和第八光束在曝光件上进行曝光，形成耦入光栅；

经过所述棱镜后的第六光束和第九光束在曝光件上进行曝光，形成转折光栅；

经过所述棱镜后的第五光束和第七光束在曝光件上进行曝光，形成耦出光栅。

4.如权利要求1至3任一项所述的一种二维扩瞳全息光波导片的制备方法，其特征在于，所述曝光件为全息材料。

5.一种二维扩瞳全息光波导片，其特征在于，通过如权利要求1至3任一项所述的制备方法制备。

6.一种AR眼镜，其特征在于，包括如权利要求5所述的二维扩瞳全息光波导片。