CN116047641A - 一种二维光栅加工方法及加工*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涉及增强现实技术领域，一种二维光栅加工方法，包括步骤：提供光学基片，光学基片包括基底和设置在基底上光敏材料层；曝光光学基片，激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，物光自光学基片的底部穿透基底射向光敏材料层，第一参考光自光学基片顶部射向光敏材料层，第一参考光自光学基片顶部射向光敏材料层；其中，第一参考光和第二参考光相交叉，且第一参考光和第二参考光分别与物光相干涉以实现曝光；得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。本发明还公开了一种二维光栅加工***，本发明的二维光栅加工方法及加工***，适度降低光路搭建难度的同时能降低曝光参数误差，有利于提升二维光栅的加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种二维光栅加工方法及加工***。
背景技术
基于增强现实技术(Augmented Reality)的头戴式显示装置作为可穿戴智能设备，近年来备受关注。头戴式显示装置作为增强现实设备中的一种，其包括微型显示器和光学***，其中光学***将来自微型显示器的图像投射到用户眼睛并允许用户同时看到真实世界。头戴式显示装置具有许多实用性的应用和休闲的应用。
目前，二维光栅一般采用双光束两次曝光或者四光束单次曝光的方法完成制作，采用双光束分次曝光的制作二维光栅的方式，需要考虑不同曝光次数之间的入射角、空间对称性等因素，前后两次曝光参数误差比单次曝光大；采用四光束单次曝光制作二维光栅的方式，具有曝光光路和组件调试难度大的问题。
有鉴于此，需要设计一种二维光栅加工方法及加工***，能适度降低光路搭建难度的同时能降低曝光参数误差，从而有利于提升二维光栅的加工效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维光栅加工方法及加工***，能适度降低光路搭建难度的同时能降低曝光参数误差，从而有利于提升二维光栅的加工效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种二维光栅加工方法，包括步骤：
S01、提供光学基片，所述光学基片包括基底和设置在所述基底上光敏材料层；
S02、曝光所述光学基片，激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，所述物光自所述光学基片的底部穿透所述基底射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层；其中，所述第一参考光和所述第二参考光相交叉，且所述第一参考光和所述第二参考光分别与所述物光相干涉以实现曝光；
S03、得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
可选地，所述物光垂直所述基底的底面射向所述光学基片，所述第一参考光平行于预设的第一方向射向所述光敏材料层，所述第二参考光平行于预设的第二方向射向所述光敏材料层。
可选地，所述激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，具体为：
所述激光光源射出光线；
所述光线射入所述分光单元并分为一束所述物光、若干束所述第一参考光和若干束所述第二参考光，所述物光经第一传输光路从所述光学基片的底部射向光敏材料层，所述第一参考光经第二传输光路从所述光学基片的顶部射向光敏材料层，所述第二参考光经第三传输光路从所述光学基片的顶部射向光敏材料层。
可选地，若干束所述第一参考光阵列排布，若干束所述第二参考光阵列排布。
可选地，所述预设的第一方向和所述预设的第二方向关于预设对称面相互对称。
一种二维光栅加工***，包括用于曝光光学基片的全息光栅制作装置；所述光学基片包括基底和设置在所述基底上光敏材料层；
所述全息光栅制作装置包括激光光源和分光单元，所述分光单元用于将激光光源射出的光线分为一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光；其中，所述物光自所述光学基片的底部穿透所述基底射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
可选地，所述分光单元还包括用于传输所述物光的第一传输光路、用于传输第一参考光的第二传输光路和用于传输第二参考光的第三传输光路；
所述第一传输光路的出光端延伸至所述光学基片的底部一侧，以使所述物光垂直于所述光学基片的底面；
所述第二传输光路延伸至所述光学基片的底部一侧，且所述第二传输光路的出光端设置有若干个第一出光孔，且所述第一出光孔相对所述光学基片倾斜设置；
所述第三传输光路延伸至所述光学基片的底部一侧，且所述第三传输光路的出光端设置有若干个第二出光孔，且所述第二出光孔相对所述光学基片倾斜设置。
可选地，所述第一出光孔平行于预设的第一方向，所述第二出光孔平行于预设的第二方向；
所述第一方向和所述第二方向关于预设对称面相互对称，且所述预设对称面垂直于所述光学基片。
可选地，二维光栅加工***还包括工控***和用于承载光学基片的运动平台，所述运动平台、所述激光光源和分光单元分别与所述工控***电连接。
可选地，所述第一传输光路包括扩束器、透镜和反射棱镜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本实施例中，激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，物光自光学基片的底部穿透基底射向光敏材料层，第一参考光自光学基片顶部射向光敏材料层，第一参考光自光学基片顶部射向光敏材料层；其中，第一参考光和第二参考光相交叉，且第一参考光和第二参考光分别与物光相干涉以实现曝光，得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。本实施例中，相当采用三种不同方向的光束实现曝光，相比四光束曝光方式光路的搭建难度更低，相比双光束曝光方式则有效提升了降低曝光参数误差，从而有利于提升蜂窝状阵列结构的二维光栅的生产效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的二维光栅加工方法的步骤图；
图2为本发明实施例提供的二维光栅加工***的安装结构示意图；
图3为本发明实施例提供的二维光栅曝光成型示意图；
图4为本发明实施例提供的二维光栅结构示意图。
图示说明：1、光学基片；11、基底；12、光敏材料层；2、激光光源；3、分光单元；101、预设对称面。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本发明实施例提供了一种二维光栅加工方法，能适度降低光路搭建难度的同时能降低曝光参数误差，从而有利于提升二维光栅的加工效率。
请参阅图1，二维光栅加工方法，包括如下步骤：
S01、提供光学基片1，光学基片1包括基底11和设置在基底11上光敏材料层12。
S02、曝光光学基片1，激光光源2经分光单元3分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，物光自光学基片1的底部穿透基底11射向光敏材料层12，第一参考光自光学基片1顶部射向光敏材料层12，第一参考光自光学基片1顶部射向光敏材料层12；其中，第一参考光和第二参考光相交叉，且第一参考光和第二参考光分别与物光相干涉以实现曝光。
S03、得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
需要说明的是，本实施例采用第一参考光、第二参考光和物光曝光光敏材料层12制备二维光栅的方法，可制备得到蜂窝形阵列结构的二维光栅。相比现有的双光束二次曝光的制备方法，其曝光参数误差更小；相比四路光路曝光的制备方法，光路的搭建难度更低；这有利于更快搭建光路，且有利于确保制备的二维光栅的制备的质量，降低了制备难度，有利于提升生产效率。本实施例中的采用第一参考光、第二参考光和物光曝光光敏材料层12制备二维光栅的方法，具有单次曝光成型，生产稳定性高、对光路精确性要求较低的优点。
可选地，物光垂直基底11的底面射向光学基片1，第一参考光平行于预设的第一方向射向光敏材料层12，第二参考光平行于预设的第二方向射向光敏材料层12。
需要进一步补充说明的是，图1中的物光的方向、第一参考光的方向和第二参考光的方向均是可调节，从而满足物光垂直射向光敏材料层12的目的，且第一参考光和第二参考光相交叉，且第一参考光和第二参考光分别与物光相干涉以实现曝光。
可选地，激光光源2经分光单元3分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，具体为：
激光光源2射出光线；光线射入分光单元3并分为一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，物光经第一传输光路301从光学基片1的底部射向光敏材料层12，第一参考光经第二传输光路302从光学基片1的顶部射向光敏材料层12，第二参考光经第三传输光路303从光学基片1的顶部射向光敏材料层12。
需要具体说明的是，物光覆盖整个光学基片1，且若干束第一参考光和若干束第二参考光倾斜入射，曝光形成所需的二维光栅。
在一个具体的实现方式中，若干束第一参考光阵列排布，若干束第二参考光阵列排布，具体的排布方式可以根据所需的蜂窝状阵列结构的二维光栅的具体参数具体进行设置。本实施例中形成如图3中蜂窝状阵列结构的二维光栅。
在另一个具体的实现方式中，预设的第一方向和预设的第二方向关于预设对称面101相互对称，从而能更方便形成干涉。
实施例二
本实施例公开了一种二维光栅加工***，请参阅图2至图4，包括用于曝光光学基片1的全息光栅制作装置；光学基片1包括基底11和设置在基底11上光敏材料层12；
全息光栅制作装置包括激光光源2和分光单元3，分光单元3用于将激光光源2射出的光线分为一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光；其中，物光自光学基片1的底部穿透基底11射向光敏材料层12，第一参考光自光学基片1顶部射向光敏材料层12，第一参考光自光学基片1顶部射向光敏材料层12，得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
本实施例中，通过合理设置一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光的光路，从而在曝光中形成所需的蜂窝状阵列结构的二维光栅。
需要说明的是，本实施例中的二维光栅为体全息光栅，光敏材料层12在物光、第一参考光和第二参考光的光路的曝光下，光敏材料层12内发生干涉，光敏材料层12的不同光照区域的折射率发生改变，从而使光敏材料层内部形成折射率不同的周期性结构，形成所需的蜂窝状阵列结构的二维光栅。
可选地，分光单元3还包括用于传输物光的第一传输光路301、用于传输第一参考光的第二传输光路302和用于传输第二参考光的第三传输光路303；第一传输光路301的出光端延伸至光学基片1的底部一侧，以使物光垂直于光学基片1的底面；第二传输光路302延伸至光学基片1的底部一侧，且第二传输光路302的出光端设置有若干个第一出光孔，且第一出光孔相对光学基片1倾斜设置；第三传输光路303延伸至光学基片1的底部一侧，且第三传输光路303的出光端设置有若干个第二出光孔，且第二出光孔相对光学基片1倾斜设置。
具体地，激光光源2在经分光单元3分光后形成物光，第一传输光路301包括反射镜、分束器、准直透镜、聚焦透镜等。分光单元3包括第一分光棱镜、参考光扩束器、准直透镜、第二分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜、光阑、参考光分束器，第一分光棱镜分出参考光和物光，物光沿第一传输光路进行传播；参考光则沿参考光扩束器、准直透镜、第二分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜、光阑、参考光分束器***，并在第二分光棱镜处分出第一参考光和第二参考光，第一参考光经过第一准直透镜和第一聚焦透镜射向光学基片1，第二参考光经过第二准直透镜和第二聚焦透镜射向光学基片1。
需要说明的是，曝光时间可以为10s-60s。
可选地，第一出光孔平行于预设的第一方向，第二出光孔平行于预设的第二方向；第一方向和第二方向关于预设对称面101相互对称，且预设对称面101垂直于光学基片1，以满足制备蜂窝状阵列结构的二维光栅的需要。
可选地，二维光栅加工***还包括工控***5和用于承载光学基片1的运动平台4，运动平台4、激光光源2和分光单元3分别与工控***5电连接。
可选地，第一传输光路301包括扩束器、透镜和反射棱镜等部件。
需要补充的是，二维光栅需要结合光波导形成光栅波导显示器，也就是在光波导上形成耦出区域和耦入区域，耦出区域和耦入区域均设置有一个二维光栅，光波导为透明的平行波导，微投影仪的光线经一个二维光栅耦合到光波导中，进入光波导的入射光线满足全内反射条件，在光波导内部传播，再由另一二维光栅耦出光波导，投射到用户眼睛。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种二维光栅加工方法，其特征在于，包括步骤：
提供光学基片，所述光学基片包括基底和设置在所述基底上光敏材料层；
曝光所述光学基片，激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，所述物光自所述光学基片的底部穿透所述基底射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层；其中，所述第一参考光和所述第二参考光相交叉，且所述第一参考光和所述第二参考光分别与所述物光相干涉以实现曝光；
得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
2.根据权利要求1所述的二维光栅加工方法，其特征在于，所述物光垂直所述基底的底面射向所述光学基片，所述第一参考光平行于预设的第一方向射向所述光敏材料层，所述第二参考光平行于预设的第二方向射向所述光敏材料层。
3.根据权利要求1所述的二维光栅加工方法，其特征在于，所述激光光源经分光单元分出一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光，具体为：
所述激光光源射出光线；
所述光线射入所述分光单元并分为一束所述物光、若干束所述第一参考光和若干束所述第二参考光，所述物光经第一传输光路从所述光学基片的底部射向光敏材料层，所述第一参考光经第二传输光路从所述光学基片的顶部射向光敏材料层，所述第二参考光经第三传输光路从所述光学基片的顶部射向光敏材料层。
4.根据权利要求3所述的二维光栅加工方法，其特征在于，若干束所述第一参考光阵列排布，若干束所述第二参考光阵列排布。
5.根据权利要求2所述的二维光栅加工方法，其特征在于，所述预设的第一方向和所述预设的第二方向关于预设对称面相互对称。
6.一种二维光栅加工***，其特征在于，包括用于曝光光学基片的全息光栅制作装置；所述光学基片包括基底和设置在所述基底上光敏材料层；
所述全息光栅制作装置包括激光光源和分光单元，所述分光单元用于将激光光源射出的光线分为一束物光、若干束第一参考光和若干束第二参考光；其中，所述物光自所述光学基片的底部穿透所述基底射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，所述第一参考光自所述光学基片顶部射向所述光敏材料层，得到蜂窝状阵列结构的二维光栅。
7.根据权利要求6所述的二维光栅加工***，其特征在于，所述分光单元还包括用于传输所述物光的第一传输光路、用于传输第一参考光的第二传输光路和用于传输第二参考光的第三传输光路；
所述第一传输光路的出光端延伸至所述光学基片的底部一侧，以使所述物光垂直于所述光学基片的底面；
所述第二传输光路延伸至所述光学基片的底部一侧，且所述第二传输光路的出光端设置有若干个第一出光孔，且所述第一出光孔相对所述光学基片倾斜设置；
所述第三传输光路延伸至所述光学基片的底部一侧，且所述第三传输光路的出光端设置有若干个第二出光孔，且所述第二出光孔相对所述光学基片倾斜设置。
8.根据权利要求7所述的二维光栅加工***，其特征在于，所述第一出光孔平行于预设的第一方向，所述第二出光孔平行于预设的第二方向；
所述第一方向和所述第二方向关于预设对称面相互对称，且所述预设对称面垂直于所述光学基片。
9.根据权利要求6所述的二维光栅加工***，其特征在于，还包括工控***和用于承载光学基片的运动平台，所述运动平台、所述激光光源和分光单元分别与所述工控***电连接。
10.根据权利要求7所述的二维光栅加工***，其特征在于，所述第一传输光路包括扩束器、透镜和反射棱镜。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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