CN115079322A - 光栅结构及其加工方法、镜片及头戴显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光栅结构及其加工方法、镜片及头戴显示设备，其中，所述光栅结构包括基底和设于所述基底一表面的多个光栅部，多个光栅部在所述基底的延伸方向上间隔排布，其特征在于，所述光栅部的表面镀设有增强层，所述增强层的折射率大于所述光栅部的折射率，至少两所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度不同。本发明的技术方案通过镀膜的厚度对光栅结构进行优化，提高光栅结构的整体衍射效率的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及衍射光学器件技术领域，尤其涉及一种光栅结构及其加工方法、镜片及头戴显示设备。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)显示是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应的图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
AR显示一般是从图像源发出入射光，经镜片的反射和折射之后进入人眼观看，因此，镜片的性能直接影响AR设备的图像质量和体验效果。可知的，镜片包括衬底和设于衬底上的光栅结构，光栅结构一般包括有光耦入、光扩瞳、光耦出等功能区域，能实现光传输成像。
现有的光栅结构的材料折射率均较低，导致光传输效率偏低，且出现空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性差。而如果直接选择高折射率的材料，则加工工艺难度高，如直接刻蚀，加工成本高且不适于大规模量产。
发明内容
基于此，针对光栅结构折射率低，且对空间位置、角度不同而色彩与亮度不均匀的显示问题，有必要提供一种光栅结构及其加工方法、镜片及头戴显示设备，旨在有效提高光栅折射率和传输效率，并通过镀膜厚度方式调节不同位置和角度的色彩与亮度的均匀性。
为实现上述目的，本发明提出的光栅结构包括基底和设于所述基底一表面的多个光栅部，多个光栅部在所述基底的延伸方向上间隔排布，所述光栅部的表面镀设有增强层，所述增强层的折射率大于所述光栅部的折射率，至少两所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度不同。
可选地，在多个所述光栅部的排布方向上，所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度逐渐增大。
可选地，每一所述光栅部包括与所述基底表面相平行的顶面、和连接于所述顶面与所述基底表面的侧面，所述顶面和侧面镀设所述增强层的厚度不同。
可选地，在多个所述光栅部的排布方向上，所述光栅部的高度大于所述光栅部的宽度，所述顶面镀设的增强层的厚度大于所述侧面镀设的增强层的厚度。
可选地，所述增强层的材料为二氧化钛、氧化铝和氧化镁中的一种。
可选地，所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度范围为20mm～30mm。
可选地，所述增强层通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或磁控溅射的方式镀设。
可选地，所述基底的材料为二氧化硅或树脂；
和/或，所述光栅部的材料为二氧化硅或树脂；
和/或，所述光栅结构为二元光栅、闪耀光栅、倾斜光栅或多台阶光栅。
本发明还提供一种光栅结构的加工方法，该加工方法包括以下步骤：
提供一基底，所述基底的一表面设有多个光栅部，多个光栅部在所述基底的延伸方向上间隔排布；
在所述光栅部的表面镀设增强层，且所述增强层于所述光栅部的表面的镀设厚度均相同；
在所述增强层上涂覆光刻胶；
使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶；
增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层的厚度，以使得至少两所述光栅部表面的增强层厚度不同。
可选地，每一所述光栅部包括与所述基底表面相平行的顶面、和连接于所述顶面与所述基底表面的侧面；
所述使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶的步骤具体包括：
使用掩膜版遮盖与所述侧面和所述基底表面对应的光刻胶，或者使用掩膜版遮盖与所述顶面对应的光刻胶；
曝光和显影处理后，所述保留的光刻胶填充于所述侧面和所述基底表面围合的槽空间内或位于所述顶面镀设的增强层的表面；
且，所述增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层的厚度，以使得至少两所述光栅部表面的增强层厚度不同的步骤具体包括：
增加所述顶面镀设的增强层的厚度，或者，削减所述侧面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同。
可选地，当所述保留的光刻胶填充于所述侧面和所述基底表面围合的槽空间内，增加所述顶面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同的步骤具体为：
控制所述保留的光刻胶突出于所述槽空间，并高于所述顶面镀设的增强层的厚度；
于至少一所述光栅部的顶面通过蒸镀或溅射镀再次镀设增强层，其中，再次镀设的所述增强层的厚度小于所述保留的光刻胶凸出于所述槽空间的高度。
可选地，当所述保留的光刻胶位于所述顶面镀设的增强层的表面，削减所述侧面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同的步骤具体为：
在多个所述光栅部排布方向上，控制所述保留的光刻胶的宽度小于所述顶面镀设的增强层的宽度，设所述顶面镀设的增强层与保留的光刻胶之间的宽度差为t；
减薄至少一所述光栅部的侧面的增强层的厚度，其中，减薄的侧面的增强层的厚度小于等于t。
为了实现上述目的，本发明还提出一种镜片，所述镜片包括衬底和如上述任一所述的光栅结构，所述基底背离所述光栅部的表面贴设于所述衬底的表面。
为了实现上述目的，本发明又提出一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括图像源和如上所述的镜片，所述镜片位于所述图像源的出光侧。
本发明提出的技术方案中，光栅结构包括基底和设于基底的多个光栅部，通过在光栅部的表面镀设一层增强层，该增强层折射率大于光栅部的折射率，在光线射向该光栅结构时，首先到达增强层的表面，间接增大了光栅结构的平均折射率，也即增大光栅结构与空气介质的折射率差，从而提高了光栅的衍射效率，相比于整体为高折射率的材料相比，有效降低加工成本。且通过将至少两个光栅部的表面镀设的增强层的厚度设置不同，可以根据不同区域的增强层的厚度去实现图像色彩和亮度的均匀性的调控，从而获得不同颜色在不同区域、不同角度情况下的高传输效率和均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明光栅结构一实施例的剖视图；
图2为本发明光栅结构另一实施例的剖视图；
图3为本发明在一周期条件下不同实施例的光栅结构的输出图像效率的对比图(其中，a为无镀膜的光栅结构，b为镀设膜层在顶面和侧面的厚度一致，c为镀设膜层在顶面和侧面的厚度不一致)；
图4为本发明的光栅结构在物理气相沉积镀膜工艺的过程示意图；
图5为本发明的光栅结构在原子层沉积镀膜工艺的过程示意图；
图6为本发明光栅结构的加工方法一实施例的流程图；
图7为本发明光栅结构的加工方法另一实施例对应的结构示意图；
图8为本发明光栅结构的加工方法又一实施例对应的结构示意图；
图9为本发明镜片一实施例的剖视图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 镜片 | 33 | 光栅部 |
| 10 | 衬底 | 331 | 顶面 |
| 30 | 光栅结构 | 333 | 侧面 |
| 31 | 基底 | 35 | 增强层 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在衍射光栅中的效率通常由三个主要因素影响，一是光栅与空气的折射率差，二是光栅宽度与空气的比值，三是光栅高度，由于工艺与材料限制，极高折射率材料或宽高比较小的光栅难以应用，因此，本发明提出一种光栅结构，通过在其表面镀高折射率的膜层得到衍射效率高且均匀性好的光栅结构。
请参阅图1和图2，在本发明的一实施例中，光栅结构30包括基底31和设于所述基底31一表面的多个光栅部33，多个光栅部33在所述基底31的延伸方向上间隔排布，所述光栅部33的表面镀设有增强层35，所述增强层35的折射率大于所述光栅部33的折射率，至少两所述光栅部33的表面镀设的增强层35的厚度不同。
本实施例中，光栅结构30应用于头戴显示设备中的镜片100，头戴显示设备包括AR(Augmented Reality)显示装置，也可以用在MR(Mixed Reality，混合现实)显示或者XR(Extended Reality，扩展现实)显示中。光栅结构30包括基底31和设于基底31一表面的多个光栅部33，此处，基底31与光栅部33的材料可以是相同的，方便加工。具体地，基底31和光栅部33为一体成型结构，在一衬底10上加工光栅结构30，如玻璃衬底10，在该衬底10上涂覆胶体，再通过模具压合该胶体，脱模后得到上述结构的基底31和光栅部33。多个光栅部33在基底31的延伸方向上间隔排布，基底31的延伸方向可以是其宽度方向的延伸，也可以是长度方向的延伸，在此不做限定。当光栅部33在基底31的宽度方向上间隔排布时，可以在基底31的长度方向上延伸，或，当光栅部33在基底31的长度方向上间隔排布时，可以在基底31的宽度方向上延伸，当然，光栅部33的延伸方向和排布方向也可以与基底31的宽度方向均呈夹角设置，在此不做限定。
光栅部33的表面镀设有增强层35，该增强层35的材料并不限定，保证其折射率大于光栅部33的折射率即可，可以根据光栅部33的材料进行相对应的选择。例如，光栅部33的材料的折射率一般在2以下，设置增强层35的折射率为2以上，或者设置增强层35的折射率是光栅部33的折射率的1.25倍及以上。为节约成本，可选地，基底31的材料一般为二氧化硅(折射率为1.45)或树脂(折射率为1.5)，光栅部33的材料也同基底31的材料相同，即光栅部33的材料为二氧化硅或树脂，故可选增强层35的材料设为二氧化钛(折射率为2.76～2.55)、氧化铝(折射率为1.76)和氧化镁(折射率为1.732)中的一种，从而增大光栅结构30的平均折射率，增大其与空气介质的折射率差，从而提升光栅的衍射效率。尤其是二氧化钛材料，可得到更好的衍射效率和图像的均匀性，有效保证光栅结构30的高传输性能。当然，随着增强层35的折射率逐渐升高，传输图像的均匀性和效率得到了改善，但是增加的幅度也会趋于稳定，因此，基于成本问题，增强层35的折射率也无需设定为非常高。
可以理解的，光栅结构30可以是普通的二元矩形光栅，也可以是闪耀光栅(锯齿状)、倾斜光栅或多台阶光栅等，在此不做限定。由于光栅部33的形状各异，或者当光栅结构30与入射光线的角度或位置不同时，对于光线的衍射角度均有所不同，为了能够调整不同位置或者不同角度的色彩均匀性，此处将至少两个光栅部33镀设的增强层35的厚度设置不同，从而能够根据需要去合理设计不同位置的光栅部33镀设的增强层35的厚度，达到调整亮度均匀性的目的。当然，也可以将光栅结构30中的多个光栅部33镀设的增强层35的厚度均设置为不同，或者部分厚度不同，部分厚度相同，也可以将两个光栅部33中的部分表面镀设的厚度不同或者全部表面镀设的厚度不同。
本发明提出的技术方案中，光栅结构30包括基底31和设于基底31的多个光栅部33，通过在光栅部33的表面镀设一层增强层35，该增强层35折射率大于光栅部33的折射率，在光线射向该光栅结构30时，首先到达增强层35的表面，间接增大了光栅结构30的平均折射率，也即增大光栅结构30与空气介质的折射率差，从而提高了光栅的衍射效率，相比于整体为高折射率的材料相比，有效降低加工成本。且通过将至少两个光栅部33的表面镀设的增强层35的厚度设置不同，可以根据不同区域的增强层35的厚度去实现图像色彩和亮度的均匀性的调控，从而获得不同颜色在不同区域、不同角度情况下的高传输效率和均匀性。
请继续参照图2，可选地，在多个所述光栅部33的排布方向上，所述光栅部33的表面镀设的增强层35的厚度逐渐增大。
本实施例中，为了得到更加均匀的图像显示，在光栅结构30的延伸方向上，当入射光线较为靠近其一端时，为了能够使得远离该入射光线的光栅部33衍射效率得到提升，可以在多个光栅部33的排布方向上，将其表面镀设的增强层35的厚度逐渐增大，从而弥补不同位置上所带来的衍射效率的差异，从而获得不同颜色在不同区域、不同角度情况下的高传输效率和均匀性。当然，该排布方向可以是由基底31的一端至另一端，或是由另一端至一端的延伸方向。
可选地，所述光栅部33的表面镀设的增强层35的厚度范围为20mm～30mm。
本实施例中，因光栅结构30的衍射效率与其整体的折射率成正比，因此，镀设的增强层35的厚度不宜过小。然而，光栅结构30的高度和宽度也是有一定的要求，因此，镀设的增强层35的厚度也不宜过大。此处，设定光栅部33的表面镀设的增强层35的厚度范围为20mm～30mm，例如，20mm、22mm、25mm、27mm、30mm等，从而具有较好的衍射效率。
请再次参照图2，可选地，每一所述光栅部33包括与所述基底31表面相平行的顶面331、和连接于所述顶面331与所述基底31表面的侧面333，所述顶面331和侧面333镀设所述增强层35的厚度不同。
本实施例中，以光栅结构30为普通的二元光栅为例，该光栅部33包括顶面331和侧面333，此处，顶面331与侧面333可以垂直设置，也可以倾斜设置。因光栅部33的几何形状也会对衍射效率有所影响，而在光线投向光栅结构30时，顶面331与侧面333所接收到的光线也不同。为进一步保证光栅结构30的整体折射率的均匀性，设定有的光栅部33的顶面331和侧面333镀设的增强层35的厚度不同。
请结合图3，在光栅结构30的周期A为375nm时，通过无镀设结构和镀设增强层35的结构进行对比，得到图中a、b、c三个实施例的图像对比图，其中，镀设增强层35的厚度范围参照上述数值，镀设的增强层35的折射率为1.9，图中的横坐标为入射光线与光栅结构30所在平面的Y轴的夹角，纵坐标为光线与光栅结构30所在平面的X轴的夹角，可以理解每一个图像是对角线视场角为35°、长宽比为1:1的图像。图中每个灰度不同的格子为一大块像素，灰度颜色越浅这说明对应的光线角度衍射效率越高。
通过在光栅部33的平面镀设增强层35的结果可知，对比a中未镀设的光栅样品，b和c中镀设增强层35的光栅结构30的衍射效率和均匀性都有所提高。其中，b中镀设顶面331和侧面333镀设厚度相同得到的图像衍射效率和均匀性，不如c中顶面331与侧面333镀设厚度不同时的衍射效率和均匀性，因此，该实施例的技术方案可以有效提高光栅结构30所应用的头戴式显示设备的图像亮度和均匀性，改善用户体验。
请参照图2，可选地，在多个所述光栅部33的排布方向上，所述光栅部33的高度大于所述光栅部33的宽度，所述顶面331镀设的增强层35的厚度大于所述侧面333镀设的增强层35的厚度。
本实施例中，光栅结构30为高瘦类型，也即光栅部33的高度大于光栅部33的宽度，此处，将顶面331镀设的增强层35的厚度大于侧面333的镀层厚度，如此，可以根据对应的入射光线的角度设计，从而保证各个表面跟空气介质交错分布，实现更为理想的平均折射率值，从而得到更好的衍射效率。
当然，当光栅结构30为其他类型时，例如矮胖类型，可以根据实际情况进行设定，如此，可以弥补光栅结构30的高度，从而使得每个表面与空气介质相接触的几率相同，保证均匀性，提高衍射效率。
可选地，所述增强层35通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或磁控溅射的方式镀设。
具体地，增强层35通过镀设的工艺设于光栅部33的表面，该镀设工艺可以是原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或磁控溅射(Sputter)的方式镀设，上述的镀设工艺简单，相比于刻蚀工艺加工，在提高材料折射率的情况下，有效降低加工成本，且该镀设工艺可以适用光栅的大规模量产，提高产能。
请结合图4，因不同镀膜工艺的镀设方式不同，形成的增强层35的均匀性会有所不同，由此会对衍射效率的影响有所差异。当光栅结构30的光栅部33较为平整，且起伏较小时，也即光栅部33的高度较小，相邻两个光栅部33之间的距离较大时，例如，闪耀光栅等，可以选择PVD镀膜工艺，该工艺是将增强层35的材料被电子束或电热丝直接蒸发，并最终在光栅部33的表面层层沉积，变回固态，形成膜层，是从材料源到待镀样品的直接沉积。因此，该工艺会受到光栅结构30的形状和表面的限制，对于较为平缓的光栅结构30能够形成较好的膜层效果。
请参照图5，而对于其他类型的光栅结构30，可以选择原子层沉积工艺进行镀设，该工艺是一种薄膜沉积工艺，基于严格控制流程顺序的气相化学沉积，镀膜材料能直接通过化学反应层层生长在光栅部33的表面，从而在各个方向和各个角度均匀附着，也即在顶面331和侧面333均有良好的附着和沉积，不受光栅结构30的形状和表面的限制，该工艺能够实现各种异型结构光栅均匀、致密且保型性良好的膜层，因此，使用该工艺镀设增强层35后能够有效提高衍射效率和均匀性，一般可提高光传输效率50％到200％以上，从而更好地匹配人眼体验需求，提升头戴显示设备的体验和可应用性。
请参照图6至图8，本发明还提供一种光栅结构的加工方法，此处的光栅结构可以为如上任一实施例的光栅结构，该加工方法包括以下步骤：
S1：提供一基底31，所述基底31的一表面设有多个光栅部33，多个光栅部33在所述基底31的延伸方向上间隔排布；
S2：在所述光栅部33的表面镀设增强层35，且所述增强层35于所述光栅部33的表面的镀设厚度均相同；
S3：在所述增强层35上涂覆光刻胶；
S4：使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶；
S5：增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层35的厚度，以使得至少两所述光栅部33表面的增强层35厚度不同。
本实施例中，步骤S1中提供一个基底31，该基底31上设有多个光栅部33，具体可以参照上述实施例的基底31与光栅部33的结构，在此不做赘述。步骤S2中在光栅部33的表面镀设增强层35，此处的镀设方式可以上述任意一中镀设方式，例如，原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或磁控溅射等。当然，此处在光栅部33的表面镀设增强层35的同时，也在基底31的表面镀设增强层35。此处，镀设的增强层35的膜层需要保证任一位置处的厚度均相同，此处的厚度可依据所需镀设的增强层35的最小厚度为依据进行涂覆。接着步骤S3中，在增强层35上涂覆光刻胶，此处，是指的任意位置的增强层35上涂覆，并能够使得光刻胶均匀铺满光栅部33的表面。然后再执行步骤S4，使用掩膜版部分遮盖光刻胶，是指的对掩膜版的图案进行设计，从而使得光刻胶的某部分结构被遮盖，而其他部分未被遮盖，继而在进行曝光显影后，可以使得未被遮盖的光刻胶被去除，而遮盖的光刻胶可以被保留下来，形成保留后的光刻胶。最后步骤S5中，单独改变未被保留后的光刻胶遮盖的增强层35的厚度，以使得此处的增强层35的厚度不同于其他位置的增强层35的厚度，以保证至少两个光栅部33表面的增强层35厚度不同。例如，将相邻的两个光栅部33的一者形成有保留的光刻胶覆盖，而对另一光栅部33的增强层35的厚度可以增大，也可以额减少，继而实现厚度的差异，以保证实现图像色彩和亮度的均匀性的调控。
请参照图7和图8，可选地，每一所述光栅部33包括与所述基底31表面相平行的顶面331、和连接于所述顶面331与所述基底31表面的侧面333；
步骤S4中使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶的步骤具体包括：
S41：使用掩膜版遮盖与所述侧面333和所述基底31表面对应的光刻胶，或者使用掩膜版遮盖与所述顶面331对应的光刻胶；
S42：曝光和显影处理后，所述保留的光刻胶填充于所述侧面333和所述基底31表面围合的槽空间内或位于所述顶面331镀设的增强层35的表面；
且，步骤S5中增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层35的厚度，以使得至少两所述光栅部33表面的增强层35厚度不同的步骤具体包括：
S51：增加所述顶面331镀设的增强层35的厚度，或者，削减所述侧面333镀设的增强层35的厚度，以使得一所述光栅部33不同位置的表面的增强层35的厚度不同。
本实施例中，当光栅部33包括顶面331和侧面333时，在第一次镀设时顶面331和侧面333均镀设有增强层35，为了进一步提高调控准确度，可以选择将某一个光栅结构的顶面331和侧面333的增强层35的厚度设置不同，也即，步骤S41中在使用掩膜版进行遮盖曝光的过程中，可以对顶面331进行遮盖或者侧面333进行遮盖，也即可以得到步骤S42中的与顶面331相对应的光刻胶，或者得到于侧面333和基底31表面对应的光刻胶。如此，在光栅部33的高度大于其宽度时，对应与上述步骤S42，当S42保留的光刻胶填充于所述侧面333和所述基底31表面围合的槽空间内时，则后续的步骤S51执行，增加顶面331镀设的增强层35的厚度，此处的顶面331，可以是某一光栅部33的顶面331，也可以是多个光栅部33的顶面331，在此不做限定，根据需要设定，从而使得光栅部33的顶面331镀设膜层厚度大于侧面333镀设膜层的厚度，提升衍射效率和均匀性。此处的再次镀设的方式也不限定，可以为上述中的任一种。
而当S42中保留后的光刻胶位于所述顶面331镀设的增强层35的表面时，则执行步骤S51中的削减所述侧面333镀设的增强层35的厚度，从而使得光栅部33的顶面331镀设膜层厚度大于侧面333镀设膜层的厚度，提升衍射效率和均匀性。此处的削减方式也不限定，可以是反应性刻蚀或者非反应性刻蚀等。
请再参照图7，可选地，当所述保留的光刻胶填充于所述侧面333和所述基底31表面围合的槽空间内，步骤S51中增加所述顶面331镀设的增强层35的厚度，以使得一所述光栅部33不同位置的表面的增强层35的厚度不同的步骤具体为：
S511：控制所述保留的光刻胶突出于所述槽空间，并高于所述顶面331镀设的增强层35的厚度；
S512：于至少一所述光栅部33的顶面331通过蒸镀或溅射镀再次镀设增强层35，其中，再次镀设的所述增强层35的厚度小于所述保留的光刻胶凸出于所述槽空间的高度。
本实施例中，参考图7，将光刻胶留在侧面333和基底31表面围合的槽空间内，如此，则可以确保侧面333镀设增强层35的厚度不变，为第一次镀设时的厚度尺寸。如此，再执行S511，将该保留的光刻胶突出于槽空间，也即保留的光刻胶的高度超出了槽空间，并且突出部分的高度还要大于顶面331初次镀设的增强层35的厚度，如此可以有部分的光刻胶露出来。再执行步骤S512，选择性地对光栅部33的顶面331再次镀设增强层35，并使得再次镀设与初次镀设的增强层35的整体厚度小于保留的光刻胶的高度，也即再次镀设后，至少还有部分光刻胶裸露出。
如此，在完成上述步骤后，最后还需要将光刻胶去除掉，即去光刻胶处理。此处，可以通过丙酮等化学药剂进行浸泡，可以通过部分裸露的结构设置轻松去除保留的光刻胶结构，完成光栅结构的加工。通过上述加工方法获得最终的镀膜结构，可实现光栅结构的区域化镀膜且精确控制膜厚，最终更好的实现提高光传输效率50％到200％以上。以上能更好匹配人眼体验需求，提升增强现实产品的体验与可应用性。
请参照图8，可选地，当所述保留的光刻胶位于所述顶面331镀设的增强层35的表面，步骤S51中削减所述侧面333镀设的增强层35的厚度，以使得一所述光栅部33不同位置的表面的增强层35的厚度不同的步骤具体为：
S513：在多个所述光栅部33排布方向上，控制所述保留的光刻胶的宽度小于所述顶面331镀设的增强层35的宽度，设所述顶面331镀设的增强层35与保留的光刻胶之间的宽度差为t；
S514：减薄至少一所述光栅部33的侧面333的增强层35的厚度，其中，减薄的侧面333的增强层35的厚度小于等于t。
本实施例中，当光刻胶位于顶面331镀设的增强层35的表面时，顶面331镀设膜层的厚度即为初次镀设时的厚度，也即为设计所需要的厚度，此时可以对侧面333镀设的增强层35的厚度进行精确处理。此时步骤S513中需要保证保留的光刻胶的宽度小于顶面331镀设的增强层35的宽度，在光栅部33的高度大于其宽度时，执行对光栅部33的侧面333的增强层35的厚度减薄处理，此处的减薄方式可以采用活性离子刻蚀(reactive ion etch；RIE)或者是激光刻蚀、离子轰击等，在此不做限定。如此，在进行刻蚀时，可以通过宽度差t，能够使得对侧面333的增强层35的减薄更加方便，并能够形成一定的定位作用，保证减薄的准确度。
如此，在完成上述步骤后，最后还需要将光刻胶去除掉，也即进行去光刻胶处理。此处，可以通过丙酮等化学药剂进行浸泡，从而达到去除光刻胶的效果，完成光栅结构的加工。通过上述加工方法获得最终的镀膜结构，可实现光栅结构的区域化镀膜且精确控制膜厚，最终更好的实现提高光传输效率50％到200％以上。以上能更好匹配人眼体验需求，提升增强现实产品的体验与可应用性。
请参照图9，为了实现上述目的，本发明还提出一种镜片100，所述镜片100包括衬底10和如上述任一所述的光栅结构30，所述基底31背离所述光栅部33的表面贴合于所述衬底10的表面。由于本发明的镜片100的光栅结构30参照了上述任意一实施例的光栅结构30的结构，因此，由上述实施例所带来的有益效果再次不做赘述。
此处，镜片100可以是光波导镜片100，也可以是多个凹凸镜片100组成，在此不做限定。其中，衬底10为一透明材质，例如玻璃，其可以是二维结构，即呈平面状，一实施例中，衬底10包括相对的两表面，能够通过入射光与耦入光栅的设定使得入射光进行全反射传输。镀设膜层的光栅结构30可以是耦入光栅，该耦入光栅设于衬底10的一表面，能够将入射光耦入衬底10中，提高光传输效率。当然，镜片100还包括有耦出光栅，耦出光栅设于衬底10背离耦入光栅的表面，当该耦出光栅的表面也镀设膜层时，可以进一步提高光衍射效率。
为了实现上述目的，本发明又提出一种头戴显示设备(未图示)，所述头戴显示设备包括图像源和如上所述的镜片100，所述镜片100位于所述图像源的出光侧。由于本发明的头戴显示设备的镜片100参照了上述实施例的镜片100的结构，因此，由上述实施例所带来的有益效果再次不做赘述。
本实施例中，头戴显示设备可以是AR眼镜或MR眼镜，其包括图像源，该图像源为镜片100提供入射光，当入射光由空气介质入射至镜片100时，首先通过耦入光栅的衍射，再进入衬底10中，通过全反射传输，再从耦出光栅穿出，射入人眼中。
为了尽可能接收图像源，设定光栅结构30为耦入光栅时，将光栅结构30与图像源正对设置，也即图像源与耦入光栅在衬底10的投影相重合，从而能够保证入射光均被耦入光栅所接收，提高光传输效率。
图像源包括显示面板，显示面板可以是硅基液晶显示模块(Liquid Crystal onSilicon，LCOS)、透射液晶显示模块(LCD)、数字光处理显示模块(Digital LightProcessing，DLP)和激光扫描(Laser Beam Scanning，LBS)中的一种。当然，图像源还包括有光源，该光源可选的为LED光源，为显示面板提供光源，经显示面板后形成入射光，射向镜片100。
光栅结构30使用优化的镀膜设计，可有效提高光栅衍射效率和传输效率，保型性好的高折射率膜层可提高对波长和角度的均匀性，进而提高头戴显示设备的空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (14)
1.一种光栅结构，所述光栅结构包括基底和设于所述基底一表面的多个光栅部，多个光栅部在所述基底的延伸方向上间隔排布，其特征在于，所述光栅部的表面镀设有增强层，所述增强层的折射率大于所述光栅部的折射率，至少两所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度不同。
2.如权利要求1所述的光栅结构，其特征在于，在多个所述光栅部的排布方向上，所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度逐渐增大。
3.如权利要求1所述的光栅结构，其特征在于，每一所述光栅部包括与所述基底表面相平行的顶面、和连接于所述顶面与所述基底表面的侧面，所述顶面和侧面镀设所述增强层的厚度不同。
4.如权利要求3所述的光栅结构，其特征在于，在多个所述光栅部的排布方向上，所述光栅部的高度大于所述光栅部的宽度，所述顶面镀设的增强层的厚度大于所述侧面镀设的增强层的厚度。
5.如权利要求4所述的光栅结构，其特征在于，所述增强层的材料为二氧化钛、氧化铝和氧化镁中的一种。
6.如权利要求1所述的光栅结构，其特征在于，所述光栅部的表面镀设的增强层的厚度范围为20mm～30mm。
7.如权利要求1所述的光栅结构，其特征在于，所述增强层通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或磁控溅射的方式镀设。
8.如权利要求1至7任一项所述的光栅结构，其特征在于，所述基底的材料为二氧化硅或树脂；
和/或，所述光栅部的材料为二氧化硅或树脂；
和/或，所述光栅结构为二元光栅、闪耀光栅、倾斜光栅或多台阶光栅。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的光栅结构的加工方法，其特征在于，该加工方法包括以下步骤：
提供一基底，所述基底的一表面设有多个光栅部，多个光栅部在所述基底的延伸方向上间隔排布；
在所述光栅部的表面镀设增强层，且所述增强层于所述光栅部的表面的镀设厚度均相同；
在所述增强层上涂覆光刻胶；
使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶；
增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层的厚度，以使得至少两所述光栅部表面的增强层厚度不同。
10.如权利要求9所述的光栅结构的加工方法，其特征在于，每一所述光栅部包括与所述基底表面相平行的顶面、和连接于所述顶面与所述基底表面的侧面；
所述使用掩膜版部分遮盖所述光刻胶，并对所述光刻胶依次进行曝光和显影处理，得到保留后的光刻胶的步骤具体包括：
使用掩膜版遮盖与所述侧面和所述基底表面对应的光刻胶，或者使用掩膜版遮盖与所述顶面对应的光刻胶；
曝光和显影处理后，所述保留的光刻胶填充于所述侧面和所述基底表面围合的槽空间内或位于所述顶面镀设的增强层的表面；
且，所述增加或削减未被所述保留后的光刻胶所遮盖的增强层的厚度，以使得至少两所述光栅部表面的增强层厚度不同的步骤具体包括：
增加所述顶面镀设的增强层的厚度，或者，削减所述侧面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同。
11.如权利要求10所述的光栅结构的加工方法，其特征在于，当所述保留的光刻胶填充于所述侧面和所述基底表面围合的槽空间内，增加所述顶面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同的步骤具体为：
控制所述保留的光刻胶突出于所述槽空间，并高于所述顶面镀设的增强层的厚度；
于至少一所述光栅部的顶面通过蒸镀或溅射镀再次镀设增强层，其中，再次镀设的所述增强层的厚度小于所述保留的光刻胶凸出于所述槽空间的高度。
12.如权利要求10所述的光栅结构的加工方法，其特征在于，当所述保留的光刻胶位于所述顶面镀设的增强层的表面，削减所述侧面镀设的增强层的厚度，以使得一所述光栅部不同位置的表面的增强层的厚度不同的步骤具体为：
在多个所述光栅部排布方向上，控制所述保留的光刻胶的宽度小于所述顶面镀设的增强层的宽度，设所述顶面镀设的增强层与保留的光刻胶之间的宽度差为t；
减薄至少一所述光栅部的侧面的增强层的厚度，其中，减薄的侧面的增强层的厚度小于等于t。
13.一种镜片，其特征在于，所述镜片包括衬底和如权利要求1至8中任一项所述的光栅结构，所述基底背离所述光栅部的表面贴设于所述衬底的表面。
14.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括图像源和如权利要求13所述的镜片，所述镜片位于所述图像源的出光侧。
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