CN118210102A - 光波导阵列及其制备方法、负折射平板透镜和空中成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光波导阵列及其制备方法、负折射平板透镜和空中成像设备，其中，光波导阵列的制备方法包括：在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤；对树脂层进行固化的固化步骤；在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤；重复树脂层制备步骤、固化步骤和反射层制备步骤，直至获得预设层数的树脂层和反射层交替自组装而成的光波导块体；对光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列。本发明的方法简化了光波导阵列的制备过程，省去了现有技术中繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

Description

光波导阵列及其制备方法、负折射平板透镜和空中成像设备

技术领域

本发明涉及光学制造技术领域，尤其是涉及一种光波导阵列的制备方法及光波导阵列、负折射平板透镜和空中成像设备

背景技术

负折射平板透镜作为空中成像技术的核心光学元件，其内部光波导的特殊阵列结构能够将像源发出的光线在空中重新汇聚，达到空中显示画面的高级体验感。对于这种特殊的光波导阵列结构，现有的制备工艺为，将具有反射面的平板玻璃利用胶粘剂进行层叠，再通过冷加工过程形成光波导阵列。

然而，这种制备工艺存在一些弊端，即平板玻璃层叠粘接涉及到支撑体形成、侧边密封、真空灌胶、胶粘剂材料选型等繁琐工艺。其中，支撑体成型高度不统一会导致粘接层厚度不均匀，光波导阵列倾斜等问题。侧边密封和真空灌胶的气密性不佳会导致光波导内部出现线状气泡。胶粘剂材料选型不匹配会导致平板玻璃与粘接层产生残余应力，引起平板玻璃翘曲等问题。因此，以上任何一个环节出现问题，都将会导致最终产品不良，降低生产效率。

此外，平板玻璃层采用玻璃材料，易碎、密度大、成本高，限制了光波导阵列的广泛应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种光波导阵列的制备方法，该方法简化了光波导阵列的制备过程，省去了现有技术中繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

本发明第二个目的在于提出一种光波导阵列。

本发明第三个目的在于提出一种光波导阵列。

本发明第四个目的在于提出一种负折射平板透镜。

本发明第五个目的在于提出一种空中成像设备。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的光波导阵列的制备方法，所述制备方法包括：在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤；对所述树脂层进行固化的固化步骤；在固化的所述树脂层上制备覆盖所述树脂层的反射层的反射层制备步骤；重复所述树脂层制备步骤、所述固化步骤和所述反射层制备步骤，直至获得预设层数的所述树脂层和所述反射层交替自组装而成的光波导块体；对所述光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列。

根据本发明实施例的光波导阵列的制备方法，采用树脂材料在基板上制备树脂层，树脂材料具有良好的自粘性和可塑性，能够在固化后形成平整、坚固的表面结构，反射层则可以紧密地覆盖在树脂层上，实现层层堆叠，因此，树脂层制备、固化后能够提供足够的支撑和稳定性，无需额外的支撑体，同时，树脂材料的选用也避免了对胶粘剂材料选型的复杂性，无需进行胶粘剂材料的选择和配比，通过重复循环树脂层制备、固化和反射层制备这些步骤，使得树脂层和反射层能够交替自组装，这种自组装技术能够使得光波导块体逐层形成，而无需侧边密封和真空灌胶等繁琐步骤，从而大大简化了光波导阵列的制备过程，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

在一些实施例中，在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤，包括：将预设剂量的光敏树脂前驱体滴到匀胶机吸盘吸附的所述基板上；通过所述匀胶机按照预设旋涂参数运行将所述光敏树脂前驱体旋涂成光敏树脂层。

在一些实施例中，所述光敏树脂前驱体包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，对所述树脂层进行固化的固化步骤，包括：通过固化光源对所述树脂层进行照射以固化所述树脂层。

在一些实施例中，在固化的所述树脂层上制备覆盖所述树脂层的反射层的反射层制备步骤，包括：通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到所述树脂层上。

在一些实施例中，通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到所述树脂层上，包括：通过磁控溅射装置或者纳米喷镀装置将所述反射层材料沉积到所述树脂层上。

在一些实施例中，所述反射层材料包括金属与全电解质反射材料的组合。

在一些实施例中，所述反射层材料包括金属与一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合，其中，金属包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。

在一些实施例中，对所述光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列，包括：对所述光波导块体进行切割、研磨和抛光处理，以获得所述光波导阵列。

为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的光波导阵列，所述光波导阵列通过上面实施例所述的光波导阵列的制备方法制备而成。

根据本发明实施例的光波导阵列，通过采用上面实施例所述的光波导阵列的制备方法制备光波导阵列，可以简化光波导阵列的制备过程，省去了现有技术中繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

为了达到上述目的，本发明第三方面实施例的光波导阵列，包括多层交替设置的树脂层和反射层。

根据本发明实施例的光波导阵列，树脂层和反射层依次交替排列，形成了多层的结构，每一层的树脂层都经过制备和固化步骤，确保了其平整、坚固的特性，而反射层则紧密覆盖在每一层树脂层的表面上，实现了层层堆叠的结构，通过这种多层交替设置的树脂层和反射层的组合，光波导阵列的制备变得更加简单和高效，无需复杂的支撑体形成、侧边密封、真空灌胶等繁琐工艺步骤，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

在一些实施例中，所述树脂层的材质包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，所述反射层为金属与全电解质反射材料的组合层。

在一些实施例中，所述全电解质反射材料包括一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合，所述金属包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。

为了达到上述目的，本发明第四方面实施例的负折射平板透镜，两个如上面实施例所述的光波导阵列和两个透明基板，两个所述光波导阵列位于两个所述透明基板之间。

根据本发明实施例的负折射平板透镜，通过采用上面实施例所述的光波导阵列，每个光波导阵列都由多层交替设置的树脂层和反射层组成，这种结构设计的制备过程相对简便，无需繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，光波导阵列的特殊结构使得负折射平板透镜能够将像源发出的光线在空中重新汇聚，达到空中显示画面的高级体验感，光线在光波导中反射和传输时能够保持稳定和高效，减少光学畸变，提高成像质量，同时，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

为了达到上述目的，本发明第五方面实施例的空中成像设备，所述空中成像设备包括权利要求15所述的负折射平板透镜。

根据本发明实施例的空中成像设备，通过采用上面实施例所述的负折射平板透镜，负折射平板透镜中的每个光波导阵列都由多层交替设置的树脂层和反射层组成，这种结构设计使得空中成像设备具有优异的光学性能，能够将像源发出的光线在空中重新汇聚，达到空中显示画面的高级体验感，作为空中成像设备的核心光学元件，负折射平板透镜能够使光线在光波导中反射和传输时保持稳定和高效，减少光学畸变，提高成像质量，并且，负折射平板透镜的制备过程相对简便，无需繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，同时，光波导阵列的特殊结构和树脂材料的使用使得空中成像设备具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的制备方法的流程图；

图3是根据本发明的一个实施例的滴落光敏树脂前驱体的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的旋涂光敏树脂前驱体的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的固化树脂层的示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的磁控溅射装置制备反射层的示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的纳米喷镀装置制备反射层的示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的对光波导块体冷加工的示意图；

图9是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的制备方法的逻辑图；

图10是根据本发明的一个实施例的负折射平板透镜的示意图；

图11是根据本发明的一个实施例的空中成像设备的框图。

附图标记：

空中成像设备100；

负折射平板透镜1；

光波导阵列11；透明基板12；

树脂层111；反射层112。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

现有技术中，光波导阵列的制备方法为将具有反射面的平板玻璃利用胶粘剂进行层叠，再通过冷加工过程形成光波导阵列。这种制备方法存在一些弊端，即平板玻璃层叠粘接涉及到支撑体形成、侧边密封、真空灌胶、胶粘剂材料选型等繁琐工艺。这些复杂的制备步骤容易导致产品生产质量不高，生产效率低。此外，平板玻璃层采用玻璃材料，易碎、密度大、成本高，限制了光波导阵列的广泛应用。针对这些问题，本发明提出了一种光波导阵列的制备方法，该方法简化了光波导阵列的制备过程，省去了现有技术中繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

为了方便技术方案的说明，下面先对本发明实施例的光波导阵列进行说明。光波导阵列可以是一种光学元件，用于负折射平板透镜中。光波导阵列用于将光线从一个地方传输到另一个地方，并且可以对光线进行控制和聚焦。在这种情况下，光波导阵列可以用作空中成像技术的核心光学元件，用于将像源发出的光线在空中重新汇聚，以达到空中显示画面的高级体验感。

图1是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的示意图，如图1所示，光波导阵列包括多层交替设置的树脂层111和反射层112。

在一些实施例中，树脂层111可以是光波导阵列中用光敏树脂材料制备的层，树脂层111的作用是提供光波导阵列所需的支撑和稳定性。树脂材料可以具有良好的自粘性和可塑性，在固化后可以形成坚固、平整的表面结构。这种结构不仅可以保持光波导阵列的形状，还可以有效地承载和传输光信号。树脂层111的选择和设计直接影响着光线在光波导中的传输和聚焦效果。

在一些实施例中，反射层112可以是覆盖在树脂层111上的具有反射能力的层，反射层112的主要作用是将光线反射并引导到下一层树脂层111中。当光线到达反射层112时，由于反射层112的特性，光线将会被反射回到光波导中，而不是透过反射层112穿透出去。这种反射作用可以帮助光线在光波导内部反复传输，从而实现聚焦和重新汇聚的功能。因此，通过这种反射作用，光信号可以在光波导阵列中持续地传输而不会丢失或衰减，这有助于保持光信号的稳定性和强度，减少光学畸变。

在一些实施例中，光波导阵列由多层交替设置的树脂层111和反射层112构成，这种结构设计使得光线在光波导阵列中能够反复传输和反射，实现光的聚焦和重新汇聚的功能。反射层112的反射性质保证光线在传输过程中的稳定性和高效性，而树脂层111的形成则提供了良好的结构支撑和稳定性。通过这种交替设置，每一层的树脂层111和反射层112相互紧密结合，形成坚固的光波导块体结构，增强了其稳定性和耐久性。这种复杂的光学结构，使得光线在光波导中反射和传输时能够保持稳定和高效。这有助于减少光学畸变，提高成像质量，并增强光波导阵列的整体性能。

在一些实施例中，树脂层111的材质包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，不饱和聚酯是一种常见的树脂材料，具有良好的耐化学腐蚀性、机械强度和热稳定性。它可以用于树脂层111的制备，为光波导阵列提供结构支撑和稳定性。

在一些实施例中，丙烯酸酯是一类聚合物，具有良好的透明性和耐候性，适合用于光学元件的制备。在光波导阵列中，丙烯酸酯材料可以用于树脂层111，有助于提高光的传输效率和稳定性。

在一些实施例中，环氧树脂是一种具有优异的附着性、电气绝缘性和耐化学腐蚀性的材料。在光波导阵列中，环氧树脂可以用作树脂层111的材料，为光波导阵列提供良好的支撑和保护。

在一些实施例中，有机硅树脂具有优异的耐高温性和化学稳定性，适合用于光学元件的制备。在光波导阵列中，有机硅树脂可以用于树脂层111，提高光波导的耐热性和稳定性。

在一些实施例中，环氧丙烯酸脂是一种环氧树脂的变种，具有较高的耐热性和耐化学性。在光波导阵列中，环氧丙烯酸脂可以用于树脂层111的制备，提供额外的结构支撑和耐高温性。

在一些实施例中，聚氨酯丙烯酸脂是一种高性能的树脂材料，具有优异的耐磨性和耐候性。在光波导阵列中，聚氨酯丙烯酸脂可以用作树脂层111的材料，提高光波导阵列的耐用性和稳定性。

在一些实施例中，聚酯丙烯酸脂是一种透明度高、耐候性好的树脂材料。在光波导阵列中，聚酯丙烯酸脂可以用于树脂层111的制备，有助于提高光的传输效率和稳定性。

在一些实施例中，聚醚丙烯酸酯是一种具有优异耐温性和耐化学性的树脂材料。在光波导阵列中，聚醚丙烯酸酯可以用作树脂层111的材料，提高光波导阵列的耐热性和稳定性。

总的来说，光波导阵列的树脂层111可以采用不同材料的组合，以满足不同应用场景的需求。这些材料的选择考虑了它们的物理特性、化学性质以及在特定应用中的优势。通过合理的组合和设计，可以实现光波导阵列的稳定性、耐用性和优异的光学性能。

在一些实施例中，反射层112为金属与全电解质反射材料的组合层。这种组合层的设计是为了充分利用金属和全电解质反射材料各自的特性，达到最佳的反射效果和稳定性，适用于光波导阵列中的反射和引导光线的功能。

其中，金属材料具有良好的反射性能和导电性能，能够有效地反射和传导光信号。金属的光学特性使得它能够高效地反射光线，将光线引导到光波导阵列的下一层树脂层111中。同时，金属材料也具有良好的耐腐蚀性和稳定性，适用于长期使用的光波导阵列。

在一些实施例中，金属可以包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。其中，铝是一种常见的金属反射层材料，具有良好的导电性和光学性能。它的反射率适中，价格相对较低，适合用于一般性的反射要求。银是一种优秀的反射层材料，具有较高的反射率和导电性。它在可见光和近红外光谱范围内表现出色，适合用于高要求的光学元件。铜是一种常用的金属反射层材料，具有良好的反射性能和导电性能，适合用于一些特定波长范围的反射要求。金是一种优质的反射材料，具有良好的反射率和化学稳定性。在光波导阵列中作为反射层112，可以有效地反射和传导光信号。铬是一种常用的反射层材料，具有适中的反射率和导电性，适合用于一般性的光学应用。铂是一种优质的反射材料，具有较高的反射率和导电性能，适合用于要求较高反射率的光学元件。

在一些实施例中，全电解质反射材料具有高度的光学透明性和良好的反射性能，能够在特定波长范围内高效地反射光线。全电解质反射材料层的添加可以增强反射效果，并且在一定程度上可以减轻金属层的厚度，从而降低反射层112的重量和成本。此外，全电解质反射材料还具有较高的耐热性和耐腐蚀性，适用于各种环境条件下的光波导阵列。

在一些实施例中，全电解质反射材料可以包括一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合。其中，一氧化硅是一种常见的全电解质反射材料，具有良好的光学性能和化学稳定性。它具有高透明度和硬度，适合用于光学元件的制备，可以有效地反射光线。氟化镁是一种常用的全电解质反射材料，具有良好的光学透明性和优异的反射性能。它可以与其他材料组合使用，增强光波导阵列的反射效果。二氧化硅也是一种常用的全电解质反射材料，具有良好的光学特性和化学稳定性。它可以作为反射层112的一部分，增强光波导阵列的反射效果和耐腐蚀性。三氧化二铝是一种常见的全电解质反射材料，具有良好的光学性能和化学稳定性。它具有高透明度和硬度，适合用于光学元件的制备，可以有效地反射光线。

因此，反射层112采用了金属与全电解质反射材料的组合形式，这种组合形式结合了金属材料和全电解质反射材料的优点，既具有良好的反射性能和导电性能，又具有高度的光学透明性和耐腐蚀性，能够更有效地反射和传导光信号，提高光波导阵列的光学性能和稳定性。

基于上面实施例所述的光波导阵列，下面参考图2描述根据本发明实施例的光波导阵列的制备方法。

图2是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的制备方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的光波导阵列的制备方法至少包括步骤S1-S5，具体如下：

S1，在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤。

在一些实施例中，基板在光波导阵列的制备中起着重要作用，基板提供了光波导阵列所需的机械支撑，使其具有稳定的结构。作为树脂层的载体，基板决定了光波导阵列的整体结构和形状，基板的表面平整度直接影响到后续涂覆树脂层的质量和性能。

在一些实施例中，基板可以选用玻璃基板，例如石英玻璃或者钢化玻璃。这些玻璃基板具有良好的光学透明性和低散射特性，有利于光的传输和聚焦。此外，玻璃基板具有较好的化学稳定性，不易受到环境中的化学物质侵蚀，有助于保持光波导阵列的性能稳定。

在一些实施例中，制备树脂层的目的是为了提供光波导阵列所需的支撑和稳定性。树脂层作为光波导阵列的基本构成部分，不仅可以保持光波导阵列的形状和结构稳定，还可以承载和传输光信号。制备树脂层可以省去传统方法中涉及支撑体形成和胶粘剂选用的繁琐步骤。传统的制备方法通常需要使用支撑体来支撑光波导阵列的结构，同时还需要胶粘剂来固定支撑体和反射层。然而，在本发明实施例的光波导阵列制备方法中，树脂材料具有良好的自粘性和可塑性，树脂层的制备过程已经提供了足够的支撑和稳定性，因此不再需要额外的支撑体和胶粘剂。

S2，对树脂层进行固化的固化步骤。

在一些实施例中，对树脂层进行固化的主要目的是为了使树脂材料在基板上形成坚固、稳定的层状结构。固化过程中，树脂分子之间的交联反应发生，形成了三维网络结构，这使得树脂层具有更高的机械强度和硬度，提供了光波导阵列所需的支撑和稳定性。

此外，固化过程中的物理反应也有助于使树脂层表面更加平整均匀。这一点对于光学特性的优化至关重要，例如提高透明度和折射率的一致性，从而有利于光信号的传输和聚焦。因此，固化后的树脂层不仅具有良好的机械性能，还具有优异的光学性能，能够有效地传输和控制光信号。

在实际应用中，固化的树脂层可以保证光波导阵列在各种环境条件下的稳定性和耐久性，同时提供足够的结构支撑。这样的设计和制备过程简化了传统方法中需要额外支撑体和胶粘剂的复杂步骤，提高了生产效率和质量。因此，通过对树脂层进行固化，光波导阵列能够获得具有坚固、稳定结构和优异光学性能的特点，适用于各种光学应用场景，如高清显示屏、空中成像设备等。

S3，在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤。

在一些实施例中，在光波导阵列中，反射层的作用是将光线反射并引导到下一层树脂层中。当光线到达反射层时，由于反射层的特性，光线会被反射回到光波导中，而不是透过反射层穿透出去。这种反射作用可以帮助光线在光波导内部反复传输，从而实现光的聚焦和重新汇聚的功能。因此，通过这种反射作用，光信号可以在光波导阵列中持续地传输而不会丢失或衰减，有助于保持光信号的稳定性和强度，减少光学畸变，提高成像质量。

在一些实施例中，通过在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤，可以减少或避免传统制备方法中的侧边密封和真空灌胶步骤。其中，在传统的制备方法中，侧边密封可以是指在光波导阵列的边缘涂覆一层胶粘剂或密封胶，然后将支撑体固定在这层胶粘剂上。这样可以确保支撑体和反射层之间的固定和密封，防止外界杂质进入光波导中，同时保持光信号的稳定传输。真空灌胶可以是指将光波导阵列放入真空室中，然后通过真空泵将胶水灌入光波导的空隙中，使其充满整个空间。这样可以填充树脂层和反射层之间的空隙，确保光波导的结构紧密，避免空隙对光传输造成的影响。

而在本发明实施例的光波导阵列制备方法中，通过在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤，可以有效替代传统的侧边密封和真空灌胶步骤。这是因为在制备过程中，树脂层已经在基板上固化形成坚固的层状结构，反射层的制备可以直接在固化的树脂层表面进行，可以使反射层直接与树脂层结合，形成坚固的一体化结构。这种一体化结构可以有效地防止树脂层和反射层之间的空隙和松动，提高光波导阵列的稳定性和耐久性。反射层的制备过程中可以利用化学反应或物理沉积的方法将反射材料覆盖在树脂层表面。这种覆盖层的形成不仅可以增强光波导阵列的光学性能，还可以填补树脂层的微观缺陷和表面不平整，无需侧边密封和真空灌胶的需求。

因此，通过在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤，可以简化制备流程，减少工艺步骤和材料使用，同时提高光波导阵列的制备效率和质量。

S4，重复树脂层制备步骤、固化步骤和反射层制备步骤，直至获得预设层数的树脂层和反射层交替自组装而成的光波导块体。

具体地，重复制备树脂层可以在基板上逐渐堆叠多层树脂层，以便后续的固化和反射层的制备。重复固化树脂层是为了确保每个树脂层都具有良好的机械强度和稳定性。固化后的树脂层形成坚固的结构，可以作为下一层树脂层的支撑。重复制备反射层是为了覆盖在每一个固化的树脂层上，不断地形成新的反射层。这些反射层可以在光波导阵列中起到反射光线、聚焦光线的作用。树脂层和反射层依次叠加并固化形成一层层的结构，最终自组装成光波导块体。光波导块体中的树脂层和反射层的结构可以使光线在其中传输、反射和聚焦，实现对光信号的控制和调节。多层交替叠加的结构可以提高光波导阵列的光学效率和稳定性，减少光学畸变，提高成像质量。

在一些实施例中，预设层数可以根据具体的光学需求和设计要求来设置。不同的应用场景可能需要不同层数的光波导阵列来实现特定的光学效果。预设层数的设置需要考虑到光信号的传输距离、光的聚焦程度以及空间分辨率等因素。例如，需要更高的分辨率和聚焦性能的空中成像设备可能需要更多层的树脂层和反射层。

S5，对光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列。

在一些实施例中，冷加工可以是指在低温条件下对材料进行加工处理的过程。在光波导阵列的制备中，冷加工可以通过冷冻或者低温处理的方式来进行，其目的主要是有效地改善光波导阵列的表面质量和精度，使光波导阵列的表面更加光滑和均匀。这有助于减少光的散射和损耗，提高光的传输效率和聚焦性能。这是因为在制备过程中，可能会产生一些表面不平整、尺寸不一致或者形状不规则的问题，这些问题可能会影响到光波导阵列的光学性能和传输效率。通过冷加工，可以在保持光波导块体结构稳定的情况下，对其表面进行精细加工，提高其表面平整度和形状精度。

此外，冷加工也可以避免光波导基材受到高温而发生形变。光波导基材可能会因为高温而软化或者变形，这可能会导致光波导阵列的结构不稳定和形状不规则。通过冷加工，可以在低温环境下进行加工处理，避免了高温对光波导基材的影响，确保光波导阵列的结构稳定和形状精确。因此，冷加工不仅可以改善表面质量和精度，还可以避免光波导基材受到高温而发生形变的问题。

根据本发明实施例的光波导阵列的制备方法，采用树脂材料在基板上制备树脂层，树脂材料具有良好的自粘性和可塑性，能够在固化后形成平整、坚固的表面结构，反射层则可以紧密地覆盖在树脂层上，实现层层堆叠，因此，树脂层制备、固化后能够提供足够的支撑和稳定性，无需额外的支撑体，同时，树脂材料的选用也避免了对胶粘剂材料选型的复杂性，无需进行胶粘剂材料的选择和配比，通过重复循环树脂层制备、固化和反射层制备这些步骤，使得树脂层和反射层能够交替自组装，这种自组装技术能够使得光波导块体逐层形成，而无需侧边密封和真空灌胶等繁琐步骤，从而大大简化了光波导阵列的制备过程，提高了生产质量和效率，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

在一些实施例中，在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤，包括：将预设剂量的光敏树脂前驱体滴到匀胶机吸盘吸附的基板上，通过匀胶机按照预设旋涂参数运行将光敏树脂前驱体旋涂成光敏树脂层。

具体地，如图3和图4所示，在制备光波导阵列时，首先需要准备光敏树脂前驱体。这种前驱体是一种特殊的树脂材料，具有对紫外光敏感的特性。光敏树脂前驱体在液态状态下，易于涂覆和加工。此外，还需要准备一块尺寸适合的玻璃基板(具体视匀胶机旋涂室体积而定)，并将基板居中放到匀胶机的吸盘上，具体可通过基板对角线相交点与吸盘中心点对齐进行居中放置，然后打开真空泵开启负压，通过吸盘固定基板。

进一步地，将光敏树脂前驱体以液态的形式存储在注射器中。操作人员利用注射器将预设剂量的光敏树脂前驱体滴到匀胶机吸盘吸附的基板上，通过注射器上的刻度可以控制输出量。其中，匀胶机是一种用于涂布薄膜、涂胶等工艺的设备，也称为涂布机。在光学制造中，匀胶机可以用于将液态材料均匀涂布在基板或衬底上，用于制备光学元件、光学薄膜、光波导等。在这个步骤中，操作人员可以将匀胶机按照预设的旋涂参数运行。旋涂参数包括旋涂转速、旋涂加速度、旋涂时间以及旋涂次数等参数，这些参数的设置具体以光敏树脂前驱体的粘度及单层树脂层的厚度和均匀性而定。

进一步地，通过匀胶机的旋涂作用，光敏树脂前驱体被均匀地涂布在基板表面上。在旋涂过程中，光敏树脂前驱体可以逐渐形成一层薄膜状的光敏树脂层。这一层树脂层的厚度和均匀性对后续的固化和反射层制备非常关键。通过确保树脂层的厚度达到设计要求，且表面平整度高。这样可以保证光信号在光波导中的传输和聚焦效果。

在一些实施例中，光敏树脂前驱体包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

举例来说，光敏树脂前驱体可以采用丙烯酸酯和有机硅树脂的组合。这种组合材料具有优异的透明性和耐高温性，能够确保光信号在传输过程中的稳定性和高效性。光敏树脂前驱体可以采用环氧丙烯酸脂和聚氨酯丙烯酸脂的组合。这种组合材料具有较高的耐热性和耐腐蚀性，适用于需要承受高温和化学腐蚀环境的应用场景。光敏树脂前驱体可以采用聚酯丙烯酸脂和聚醚丙烯酸酯的组合。这种组合材料具有良好的高透明度和耐热性，有助于提高光的传输效率和稳定性，提高光波导阵列的耐热性和稳定性。

综上所述，光敏树脂前驱体可以采用不同种类的树脂材料进行组合，这些不同类型的树脂材料的组合可以根据具体的光学要求和设计需要进行调整和选择，提供良好的光学特性和传输性能，从而实现光信号的稳定传输和优质成像。

在一些实施例中，对树脂层进行固化的固化步骤，包括：通过固化光源对树脂层进行照射以固化树脂层。

在一些实施例中，固化光源可以是一种具有特定波长和功率的光源，例如紫外光源或激光器。通过调节光源的波长和功率，可以实现对光敏树脂的固化，从而形成坚固的树脂层。固化光源的选择取决于所用的光敏树脂的特性和固化所需的条件。

具体地，如图5所示，在固化步骤中，将固化光源对准树脂层表面，进行适当的照射。当固化光源照射到树脂层上时，光敏树脂中的光敏剂在受到特定波长的光照射后将会发生交联反应，形成三维的网络结构，从而使树脂固化成硬化的坚固层。固化过程是树脂层从液态到固态的转变过程，使得树脂层具有良好的机械性能和稳定性。固化光源的照射参数如光强度、照射时间等需要根据所用的光敏树脂类型和厚度进行调节。合适的固化参数可以确保树脂层在固化过程中达到理想的硬化程度和均匀性。

因此，在固化过程中，需要严格控制固化光源的照射条件，以确保树脂层的质量和性能。固化的时间、强度和均匀性对最终的光波导阵列质量起着关键作用。过长或过短的固化时间都可能导致树脂层的质量不稳定，影响光波导阵列的性能。

在一些实施例中，在固化的树脂层上制备覆盖树脂层的反射层的反射层制备步骤，包括：通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到树脂层上。

其中，沉积成膜装置是一种用于在表面上沉积薄膜的设备，该装置可以采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)等技术，能够将反射层材料以薄膜形式沉积到树脂层表面。

具体地，在制备过程中，首先需要将沉积成膜装置调节至适当的工作条件，包括真空度、沉积速率、电压、气体流量等参数。然后，将所选的反射层材料放置在沉积源中，通过物理或化学技术使反射层材料产生金属原子或离子，这些金属原子或离子在真空环境中沉积到固化的树脂层表面。在沉积过程中，反射层材料可以在树脂层表面均匀沉积形成一层薄膜，这样就形成了覆盖在树脂层上的反射层。反射层的厚度可以通过控制沉积时间和速率来调节。这种方法制备的反射层具有良好的光学特性和均匀的厚度。

总的来说，利用沉积成膜装置制备反射层的步骤在光波导阵列的制备中是关键的一步。通过这个步骤，可以在树脂层上形成具有良好光学特性的反射层，从而实现光信号的反射和聚焦。

在一些实施例中，通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到树脂层上，包括：通过磁控溅射装置或者纳米喷镀装置将反射层材料沉积到树脂层上。

其中，如图6所示，磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术。在磁控溅射装置中，首先选择合适的反射层材料，并将其放置在装置的靶上。然后，将装置置于真空室中，将真空室抽至高真空状态。通过在真空室中施加高电压，在金属靶材表面产生电子轰击，将金属原子释放出来，然后被磁场引导到固化的树脂层表面，这些金属原子在表面沉积形成一层致密平整的纳米级高光镜面反射层。通过控制电压、磁场强度和沉积时间，可以调节反射层的厚度和性质。磁控溅射装置在高真空条件下进行，使得形成的薄膜致密且均匀，有助于提高反射层的光学性能。

在一些实施例中，如图7所示，纳米喷镀装置可以通过化学反应将金属原子沉积到基片表面上。纳米喷镀装置可以将预先制备好的化学溶液或气体以极细微的喷射精度喷射到基片表面，然后通过化学反应使得金属原子沉积并形成金属膜。这种方法通常在常压或低真空条件下进行，可以更加精确地控制金属原子的沉积量和均匀性，从而形成致密平整的纳米级高光镜面反射层。

总的来说，这两种方法都可以用于在树脂层上形成反射层的薄膜，但在沉积原理、过程和控制性能上有一些区别。选择使用哪种方法取决于具体的应用需求、工艺条件和设备可用性。

因此，通过磁控溅射装置或者纳米喷镀装置制备反射层的步骤是光波导阵列制备中的关键步骤之一。这些技术可以在固化的树脂层上实现反射层材料的均匀沉积，从而形成具有良好光学性能的反射层。同时，这些装置的操作参数可以调节，可以根据实际需求控制反射层的厚度和质量。

在一些实施例中，反射层材料包括金属与全电解质反射材料的组合。这种组合可以利用金属的高反射性能和全电解质的优良电解质特性。具体来说，金属具有良好的光反射性能，可以在可见光范围内具有高反射率，从而有效地反射光线，使其聚焦和传输。通过将金属原子沉积在树脂层表面，可以形成一层金属反射层，用于反射和聚焦光信号。

而全电解质反射材料是一种特殊的材料，具有优异的电解质性能和高反射率。这种材料可以由含有金属氧化物或氮化物的化合物组成，例如氧化铝、氮化硅等。全电解质反射材料不仅具有高反射率，还能够有效地防止光波导阵列中的光信号漏失。

具体地，在制备过程中，可以先使用磁控溅射装置或者纳米喷镀装置将金属原子沉积到树脂层上，形成金属反射层。然后，再使用同样的装置将全电解质反射材料沉积到金属层上，形成组合反射层。这样的组合反射层结构可以利用金属的高反射率和全电解质的电解质特性，提高光波导阵列的反射效率和光学性能。

在一些实施例中，反射层材料包括金属与一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合，其中，金属包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。在制备过程中，可以使用沉积成膜装置将这些材料按照一定比例沉积到树脂层上，形成组合的反射层。通过调节沉积时间和速率，可以控制反射层中各种材料的比例和厚度，从而获得具有良好光学性能和稳定性的反射层。

举例来说，光波导阵列的反射层可以采用一氧化硅和铝的组合。一氧化硅具有良好的光学透明性和反射性能，而铝具有优异的反射率和导电性能。这种组合能够有效地反射和传导光信号，在光波导阵列中实现光线的反射和引导。光波导阵列的反射层还可以采用氟化镁和银的组合。氟化镁具有良好的光学透明性和反射性能，而银具有非常高的反射率和导电性能。这种组合能够在光波导阵列中实现光线的高效反射和传导，提高光学性能和稳定性。

图8是根据本发明的一个实施例的对光波导块体冷加工的示意图，如图8所示，对光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列，包括：对光波导块体进行切割、研磨和抛光处理，以获得光波导阵列。

具体地，首先，光波导块体需要被切割成所需的尺寸和形状。切割过程需要精确控制，以确保光波导阵列的尺寸和形状符合设计要求。这可以通过激光切割、切割机械或其他切割工具来实现。

进一步地，切割后的光波导块体可能存在一些不规则的表面和边缘，需要经过研磨处理来使表面光滑均匀。研磨过程使用研磨机械和磨料，通过去除表面材料来改善表面的质量和平整度。

进一步地，光波导块体经过研磨后可能仍然存在微小的表面缺陷或不均匀性，需要进行抛光处理。抛光可以使表面光滑度达到更高的水平，提高光波导阵列的光学性能和外观质量。抛光通常使用抛光机械和抛光液来实现。

通过这些冷加工步骤，光波导块体可以被加工成符合设计要求的光波导阵列。这种冷加工过程可以在保持光波导材料的稳定性和光学性能的同时，获得所需的形状、尺寸和表面质量。此外，冷加工也可以避免光波导基材受到高温而发生形变。光波导基材可能会因为高温而软化或者变形，这可能会导致光波导阵列的结构不稳定和形状不规则。通过冷加工，可以在低温环境下进行加工处理，避免了高温对光波导基材的影响，确保光波导阵列的结构稳定和形状精确。

图9是根据本发明的一个实施例的光波导阵列的制备方法的逻辑图，如图9所示，首先在基板上滴加光敏树脂前驱体。通过匀胶机将光敏树脂前驱体旋涂成光敏树脂层。然后使用固化光源对光敏树脂层进行照射，固化光敏树脂形成坚固的树脂层。接着通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到固化的树脂层上，以形成覆盖在树脂层上的反射层。重复以上树脂层制备、固化、反射层制备步骤，依次堆叠多层树脂层和反射层，形成多层结构的光波导块体。最后，对光波导块体进行切割、研磨和抛光处理，从而得到光波导阵列。

综上所述，通过一系列步骤，包括准备基板、滴脂、旋涂、固化、镀膜等，循环形成一定层数的光波导块体。然后，光波导块体经过切割、研磨、抛光等冷加工过程，最终形成光波导阵列。这个工艺流程简单高效，能够生产出具有良好性能的光波导阵列，应用于负折射平板透镜等领域。

本发明实施例还提出了一种光波导阵列，该光波导阵列通过上面实施例所述的光波导阵列的制备方法制备而成。

根据本发明实施例的光波导阵列，树脂层和反射层依次交替排列，形成了多层的结构，每一层的树脂层都经过制备和固化步骤，确保了其平整、坚固的特性，而反射层则紧密覆盖在每一层树脂层的表面上，实现了层层堆叠的结构，通过这种多层交替设置的树脂层和反射层的组合，光波导阵列的制备变得更加简单和高效，无需复杂的支撑体形成、侧边密封、真空灌胶等繁琐工艺步骤，并且，采用树脂材料使得光波导阵列具有强度高、密度小、成本低等优点，从而提高了其应用的广泛性和经济性。

下面参考图10描述根据本发明实施例的负折射平板透镜。

图10是根据本发明的一个实施例的负折射平板透镜的示意图，如图10所示，负折射平板透镜1包括：两个如上面实施例所述的光波导阵列11和两个透明基板12。

在一些实施例中，两个光波导阵列11是制备出的具有多层树脂层111和反射层112的结构。这种结构具有负折射特性，可以引导光线在其中传播，并实现负折射现象。其中，树脂层111在光波导阵列11中起到支撑和定位的作用，保持光学路径的稳定性和精确性。反射层112在光波导阵列11中起到反射光线、聚焦光线的作用，使得光线能够在透镜内部进行反射和传播。

在一些实施例中，透明基板12可以选用具有高透明度和光学性能的材料，例如玻璃或塑料。透明基板12的作用是提供光波导阵列11所需的机械支撑和保护，同时也可以确保光线的透射和反射。

在一些实施例中，两个光波导阵列11位于两个透明基板12之间可以形成一个负折射平板透镜1的结构，负折射平板透镜1的实现主要依赖于光波导阵列11和透明基板12之间的层状结构和折射率调节。通过在光波导阵列11中设置具有负折射率的材料，结合透明基板12的折射率，可以实现负折射的效果。当光线穿过光波导阵列11和透明基板12之间的界面时，会发生特殊的光学效应，使得光线被聚焦到一个点上，产生负折射的现象。这种结构具有独特的光学性质，可以应用于超分辨成像、激光聚焦等领域。

根据本发明实施例的负折射平板透镜1，通过采用上面实施例所述的光波导阵列11，每个光波导阵列11都由多层交替设置的树脂层111和反射层112组成，这种结构设计的制备过程相对简便，无需繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，并且，光波导阵列11的特殊结构使得负折射平板透镜1能够将像源发出的光线在空中重新汇聚，达到空中显示画面的高级体验感，光线在光波导中反射和传输时能够保持稳定和高效，减少光学畸变，提高成像质量，同时，采用树脂材料使得光波导阵列11具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

下面参考图11描述根据本发明实施例的空中成像设备。

图11是根据本发明的一个实施例的空中成像设备的框图，如图11所示，空中成像设备100包括上面实施例所述的负折射平板透镜1。

在一些实施例中，空中成像设备100是一种用于实现空中成像的装置或系统。通过光学元件和传感器等部件，可以将空中目标的图像投影或传输到成像系统的感光元件上，从而实现对空中目标的成像和观测。

在一些实施例中，负折射平板透镜1是空中成像设备100的关键部件之一。这种透镜具有负折射特性，能够将入射光线的折射率变为负值，从而产生特殊的光学效应。具体俩说，空中成像设备100中的负折射平板透镜1用于光学成像，能够产生非常特殊的光学效应。当光线通过负折射平板透镜1时，由于负折射的特性，光线在透镜内部会经历反向弯曲，使得成像过程与传统透镜的成像方向相反。这种特殊的成像方式可以用于改善空中成像设备100的成像质量和性能，提高成像的分辨率和清晰度。

在一些实施例中，空中成像设备100可以是用于无人机的成像系统。无人机配备了负折射平板透镜1作为主要光学元件，通过这种透镜可以实现更清晰、更精确的空中成像。空中成像设备100还可以是用于天文望远镜或望远镜系统中的成像设备。通过使用负折射平板透镜1，可以改善望远镜的成像效果，提高天体观测的分辨率和清晰度。此外，还可以将负折射平板透镜1应用于激光雷达系统中，用于空中目标的探测和成像。

根据本发明实施例的空中成像设备100，通过采用上面实施例所述的负折射平板透镜1，负折射平板透镜1中的每个光波导阵列11都由多层交替设置的树脂层111和反射层112组成，这种结构设计使得空中成像设备100具有优异的光学性能，能够将像源发出的光线在空中重新汇聚，达到空中显示画面的高级体验感，作为空中成像设备100的核心光学元件，负折射平板透镜1能够使光线在光波导中反射和传输时保持稳定和高效，减少光学畸变，提高成像质量，并且，负折射平板透镜1的制备过程相对简便，无需繁琐的工艺步骤，提高了生产质量和效率，同时，光波导阵列11的特殊结构和树脂材料的使用使得空中成像设备100具有强度高、密度小、成本低等优点，提高了其应用的广泛性和经济性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种光波导阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤；

对所述树脂层进行固化的固化步骤；

在固化的所述树脂层上制备覆盖所述树脂层的反射层的反射层制备步骤；

重复所述树脂层制备步骤、所述固化步骤和所述反射层制备步骤，直至获得预设层数的所述树脂层和所述反射层交替自组装而成的光波导块体；

对所述光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在基板上制备树脂层的树脂层制备步骤，包括：

将预设剂量的光敏树脂前驱体滴到匀胶机吸盘吸附的所述基板上；

通过所述匀胶机按照预设旋涂参数运行将所述光敏树脂前驱体旋涂成光敏树脂层。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光敏树脂前驱体包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述树脂层进行固化的固化步骤，包括：通过固化光源对所述树脂层进行照射以固化所述树脂层。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在固化的所述树脂层上制备覆盖所述树脂层的反射层的反射层制备步骤，包括：通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到所述树脂层上。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，通过沉积成膜装置将反射层材料沉积到所述树脂层上，包括：通过磁控溅射装置或者纳米喷镀装置将所述反射层材料沉积到所述树脂层上。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述反射层材料包括金属与全电解质反射材料的组合。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反射层材料包括金属与一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合，其中，金属包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述光波导块体进行冷加工以获得光波导阵列，包括：对所述光波导块体进行切割、研磨和抛光处理，以获得所述光波导阵列。

10.一种光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列通过权利要求1-9任一项所述的光波导阵列的制备方法制备而成。

11.一种光波导阵列，其特征在于，包括多层交替设置的树脂层和反射层。

12.根据权利要求11所述的光波导阵列，其特征在于，所述树脂层的材质包括不饱和聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅树脂、环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种的组合。

13.根据权利要求11所述的光波导阵列，其特征在于，所述反射层为金属与全电解质反射材料的组合层。

14.根据权利要求13所述的光波导阵列，其特征在于，所述全电解质反射材料包括一氧化硅、氟化镁、二氧化硅和三氧化二铝中一种或多种的组合，所述金属包括铝、银、铜、金、铬和铂中的一种。

15.一种负折射平板透镜，其特征在于，包括：两个如权利要求10-14任一项所述的光波导阵列和两个透明基板，两个所述光波导阵列位于两个所述透明基板之间。

16.一种空中成像设备，其特征在于，所述空中成像设备包括权利要求15所述的负折射平板透镜。