一种液晶移相器阵列及激光扫描仪的制作方法

本实用新型属于液晶显示设备技术领域，具体涉及一种液晶移相器阵列及激光扫描仪。

背景技术：

现有的激光扫描仪的内部结构普遍采用一个稳定度及精度良好的旋转马达带动多面棱规转动，激光光束打到多面棱规上反射而形成激光扫描光束，通过调节多面棱规的角度调节激光光束的出射方向，以将激光光束照射在被扫描物体上实现激光扫描。

但是，旋转马达是机械结构，随着使用时间的增加，会产生损耗，从而影响对多面棱规旋转角度的控制，导致扫描精度下降。

而且现有的激光扫描仪的部件较多，结构复杂，生产成本较高。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供一种液晶移相器阵列及激光扫描仪，用以部分解决旋转马达损耗带来的扫描精度下降的问题，以及激光扫描仪结构复杂、成本高的问题。

本实用新型提供一种液晶移相器阵列，包括多个呈阵列排布的液晶移相器单元，所述液晶移相器阵列包括相对设置的第一基底和第二基底；

所述液晶移相器单元包括：第一电极、第二电极、第一光波导和位于所述第一基底和第二基底之间的液晶层，所述第一电极位于所述第一基底邻近所述液晶层的一侧，所述第二电极位于所述第二基底邻近所述液晶层的一侧；所述第一光波导设置在所述第一电极邻近所述液晶层的一侧，且与所述液晶层直接接触；

所述第一电极和第二电极上加载的电压不同，能够使入射至所述液晶移相器单元内的所述第一光波导的激光出射至所述液晶层。

优选的，所述第一光波导包括第一衬底和第一波导管，所述第一波导管设置在所述第一衬底的邻近所述液晶层的一侧；

所述第一波导管的折射率为n1，所述第一衬底的折射率为n2，所述液晶层的折射率能够在所述第一电极和所述第二电极上加载不同电压的作用下达到n3，其中，n2<n1<n3。

进一步的，所述液晶移相器单元还包括用于传输激光的第二光波导，所述第二光波导设置在所述第一电极邻近所述液晶层的一侧，并连接于不同的所述第一光波导之间。

优选的，所述第二光波导包括第二衬底、第二波导管和遮挡膜层，其中，

所述第二波导管设置在所述第二衬底邻近所述液晶层的一侧，且与所述第一波导管相连通；

所述遮挡膜层位于所述第二波导管邻近所述液晶层的一侧，并至少覆盖所述第二波导管；

所述第二波导管的折射率为n4，所述遮挡膜层的折射率为n5，第二衬底的折射率为n6，n5<n4且n6<n4。

优选的，n4＝n1，且n6＝n2。

优选的，所述第一波导管和所述第二波导管的材料为石英，和/或，所述第一衬底和所述第二衬底的材料为硅。

优选的，所述第一电极和所述第二电极为条状电极，且所述第一电极与所述第二电极的设置方向均平行所述第一基底，且所述第一电极与所述第二电极的设置方向相互垂直。

进一步的，所述液晶移相器阵列还包括隔垫物，所述隔垫物设置在所述第一基底和所述第二基底之间。

进一步的，所述液晶移相器阵列还包括封装胶，所述封装胶位于所述液晶移相器阵列的边缘区域，用于密封所述第一基底和所述第二基底之间的空间。

进一步的，所述液晶移相器阵列还包括第一取向层和第二取向层，部分所述第一取向层位于所述第一电极邻近所述液晶层的一侧，另一部分所述第一取向层位于未设置所述第一电极的第一基底区域邻近所述液晶层的一侧；部分所述第二取向层位于所述第二电极邻近所述液晶层的一侧，另一部分所述第二取向层位于未设置所述第二电极的第二基底区域邻近所述液晶层的一侧。

进一步的，所述液晶移相器阵列还包括定向耦合器，所述定向耦合器设置在所述第一基底上，用于将入射至所述定向耦合器的激光分为多束，并使各束激光分别入射至与所述定向耦合器对应设置的各液晶移相器单元内的所述第一光波导内。

本实用新型还提供一种激光扫描仪，包括扫描头，所述扫描头包括用于发射第一激光的激光发射器，所述扫描头还包括如前所述的液晶移相器阵列；

其中，所述液晶移相器阵列用于，接收所述激光发射器发射的第一激光，使所述第一激光经过各液晶移相器单元的第一光波导传输后相互干涉，以改变所述第一激光的方向，使所述第一激光照射在被扫描物体上；

以及，用于接收从所述被扫描物体反射回的第二激光，使所述第二激光经过各液晶移相器单元的第一光波导传输后相互干涉，以改变所述第二激光的方向，其中，所述第二激光为所述被扫描物体反射的所述第一激光，且所述第二激光中携带有所述被扫描物体的信息。

进一步的，所述激光扫描仪还包括控制模块，所述扫描头还包括数据接收器，其中，

所述数据接收器用于，接收从所述液晶移相器阵列出射的所述第二激光；

所述控制模块用于，为所述液晶移相器阵列中各液晶移相器单元内的第一电极和第二电极提供电压，以及，根据所述数据接收器接收到的第二激光中携带的信息确定被扫描物体的图像。

进一步的，所述扫描头还包括光路改变器，所述光路改变器位于所述激光发射器和所述液晶移相器阵列之间以及所述液晶移相器阵列和所述数据接收器之间，用于接收从所述激光发射器出射的第一激光，并改变所述第一激光的方向以使所述第一激光入射至所述液晶移相器阵列，以及，接收从所述液晶移相器阵列出射的所述第二激光，并改变所述第二激光的方向以使所述第二激光入射至所述数据接收器。

进一步的，所述激光扫描仪还包括测距模块，所述测距模块用于，根据所述激光发射器发射的第一激光的相位及发射时间，以及所述数据接收器接收到的第二激光的相位及接收时间，计算所述被扫描物体与所述激光扫描仪之间的距离。

实用新型本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的液晶移相器阵列及激光扫描仪，液晶移相器阵列包括多个呈阵列排布的液晶移相器单元，以及相对设置的第一基底和第二基底，液晶移相器单元包括：第一光波导、位于第一基底和第二基底之间的液晶层、位于第一基底邻近液晶层一侧的第一电极和位于第二基底邻近液晶层一侧的第二电极，第一光波导设置在第一电极邻近液晶层的一侧，且与液晶层直接接触；激光以平行于第一基底的方向入射至第一光波导，第一电极和第二电极上加载的电压不同，能够使激光从第一光波导中出射至液晶层；通过控制第一电极和第二电极之间的电压差控制液晶分子偏转以改变激光的相位；多个液晶移相器单元同时使用，经过呈矩阵排布的各液晶移相器单元传输的激光相互干涉，相位发生叠加或相消，从而改变激光从液晶移相器阵列出射后的方向，这样即可通过控制电压实现激光扫描光束出射方向的调节与控制，在使用过程中不会发生机械损耗，保证扫描精度；相应的，液晶移相器阵列可以代替现有的旋转马达和多面棱规，简化激光扫描仪的部件和内部结构，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的液晶移相器的主视图；

图2为本实用新型提供的第一、二光波导以及第一、二电极的分布示意图；

图3为本实用新型提供的液晶移相器阵列的俯视图；

图4a为本实用新型提供的第一光波导的结构示意图；

图4b为本实用新型提供的第二光波导的结构示意图；

图5为本实用新型提供的激光扫描仪的结构示意图；

图6为本实用新型提供的定向耦合器对激光进行分束的示意图。

附图标记：

1、液晶移相器阵列 2、激光发射器 3、数据接收器

4、光路改变器 5、定向耦合器 11、第一基底

12、第二基底 13、第一电极 14、第二电极

15、光波导 16、液晶层 17、隔垫物

18、封装胶 19、第一取向层 10、第二取向层

101、扫描头 102、控制模块 103、测距模块

104、定向耦合器 201、被扫描物体 151、第一光波导

152、第二光波导 1511、第一衬底 1512、第一波导管

1521、第二衬底 1522、第二波导管 1523、遮挡膜层

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

如图5所示，本实用新型提供一种液晶移相器阵列1，液晶移相器阵列1包括多个呈阵列排布的液晶移相器单元。结合图1、图2和图3所示，液晶移相器阵列1包括相对设置的第一基底11和第二基底12。所述液晶移相器单元包括：第一电极13、第二电极14、第一光波导151和位于第一基底11和第二基底12之间的液晶层16，第一电极13位于第一基底11邻近液晶层16的一侧，第二电极14位于第二基底12邻近液晶层16的一侧，第一光波导151设置在第一电极13邻近液晶层16的一侧，且与液晶层16直接接触。

第一电极13和第二电极14上加载的电压不同，能够使入射至液晶移相器单元内的第一光波导151的激光出射至液晶层16。也就是说，第一电极13和第二电极14分别设置在第一基底11和第二基底上并位于液晶层16的两侧，通过控制第一电极13和第二电极14之间的电压差控制液晶层16内的液晶分子偏转。

本实用新型提供的液晶移相器阵列1包括多个呈阵列排布的液晶移相器单元，以及相对设置的第一基底11和第二基底12，液晶移相器单元包括：第一光波导151、位于第一基底11和第二基底12之间的液晶层16、位于第一基底11邻近液晶层16一侧的第一电极13和位于第二基底12邻近液晶层16一侧的第二电极14，第一光波导151设置在第一电极13邻近液晶层16的一侧，且与液晶层16直接接触；激光以平行于第一基底11的方向入射至第一光波导151，第一电极13和第二电极14上加载的电压不同，能够使激光从第一光波导151中出射至液晶层16；通过控制第一电极13和第二电极14之间的电压差控制液晶分子偏转以改变激光的相位；多个液晶移相器单元同时使用，经过呈矩阵排布的各液晶移相器单元传输的激光相互干涉，相位发生叠加或相消，从而改变激光从液晶移相器阵列1出射后的方向，这样即可通过控制电压实现激光扫描光束出射方向的调节与控制，在使用过程中不会发生机械损耗，保证扫描精度；相应的，液晶移相器阵列1可以代替现有的旋转马达和多面棱规，简化激光扫描仪的部件和内部结构，降低生产成本。

结合图4a和图1所示，第一光波导151包括第一衬底1511和第一波导管1512，第一波导管1512设置在第一衬底1511邻近液晶层16的一侧。第一波导管1512的折射率为n1，第一衬底1511的折射率为n2，液晶层16的折射率能够在第一电极13和第二电极14上加载不同电压的作用下达到n3，其中，n2<n1<n3。

当第一电极13上加载的电压与第二电极14上加载的电压不等，且能够使入射第一光波导151的激光出射至液晶层16时，第一电极13和第二电极14之间产生电场，液晶层16内的液晶分子发生偏转，此时，第一波导管1512的折射率n1小于液晶层16的折射率n3，激光从第一波导管1512入射至液晶层16后，依次经液晶层16内的液晶分子、第二基底12折射后出射。而第一衬底1511的折射率n2小于第一波导管1512的折射率n1，相应的激光不会从第一衬底1511处出射。通过单独控制各个液晶移相器单元内第一电极13和第二电极14上加载的电压的大小控制液晶分子的折射率n3，激光通过液晶层16后因为液晶的介电异性，相位会发生延迟，当每个液晶移相器单元中的激光出射后，经过叠加和消除，在某个方向上光波得到增强，某个方向的光波被抵消，在宏观上表现出光波方向的偏移，从而改变从液晶移相器阵列1中出射的激光的方向。

液晶层16作为第一光波导151的覆盖层，液晶层16内的液晶分子受到电场控制，其折射率发生改变，可以使激光从第一光波导151传递到液晶层16，进而穿过液晶层16和第二基底12被传播出去，从液晶移相器阵列1中多个液晶移相器出射的激光相互之间发生干涉。

当第一电极13上加载的电压与第二电极14上加载的电压相等时，第一电极13和第二电极14之间不产生电场，液晶层16内的液晶分子不发生偏转，此时，液晶层16的折射率n3减小，且n3<n1。同样，第一衬底1511的折射率n2小于第一波导管1512的折射率n1，相应的激光也不会从第一衬底1511处出射。这样，激光在第一光波导151内发生全反射，即被限制在第一光波导151中传播，不会出射至液晶层16。

进一步的，如图2和图3所示，所述液晶移相器单元还可以包括用于传输激光的第二光波导152，第二光波导152设置在第一电极13邻近液晶层16的一侧，并连接于不同的第一光波导151之间。

如图4b所示，第二光波导152包括第二衬底1521、第二波导管1522和遮挡膜层1523，第二波导管1522设置在第二衬底1521邻近液晶层16的一侧，且与第一波导管1512相连通。遮挡膜层1523位于第二波导管1522邻近液晶层16的一侧，并至少覆盖第二波导管1522。在本实用新型实施例中，遮挡膜层1523覆盖第二衬底1521和第二波导管1522。第二波导管1522的折射率为n4，遮挡膜层1523的折射率为n5，第二衬底1521的折射率为n6，n5<n4且n6<n4，这样，激光始终不会从第二波导管1522入射至遮挡膜层1523和第二衬底1521，保证激光在第二波导152内传输。

优选的，第二波导管1522的材料可以与第一波导管1512的材料相同，即n4＝n1，可以为石英管。优选的，第一衬底1511和第二衬底的材料相同，即n6＝n2，可以为硅衬底。这样，第一光波导151和第二光波导152可以同步形成。

需要说明的是，第一电极13和第二电极14能够形成垂直电场，加垂直电场的原因是：液晶移相器阵列1所使用的液晶是向列型液晶，它所具有的光电特性与显示类液晶不同，但更接近与TN(Twisted Nematic，扭曲向列)型液晶，根据液晶沿长轴偏转的特性，因此需要加垂直方向的电场。

如图1和图2所示，第一电极13和第二电极14为条状电极，且第一电极13与第二电极14的设置方向均平行第一基底11，且第一电极13与第二电极14的设置方向相互垂直，这样第一电极13和第二电极14共同形成网格状，保证能够控制液晶移相器阵列1各个位置的液晶分子。在本实用新型实施例中，优选的，第二电极14可以为公共电极并接地，即第二电极14上不加载电压，第一电极13上加载交流电压控制液晶分子翻转，防止液晶极化。第一光波导151位于液晶移相器的中间位置，且位于相邻两个第一电极13之间。

为了使液晶层16内的液晶分子具有一定的初始状态，以便后续控制液晶分子的偏转角度，就需要对液晶分子进行取向。如图1所示，所述液晶移相器阵列还包括第一取向层19和第二取向层10，部分第一取向层19位于第一电极13邻近液晶层16的一侧，另一部分第一取向层19位于未设置第一电极13的第一基底区域邻近液晶层16的一侧。部分第二取向层10位于第二电极14邻近液晶层16的一侧，另一部分第二取向层10位于未设置第二电极14的第二基底区域邻近液晶层16的一侧。也就是说，第一取向层19相对于第一电极13更邻近液晶层16，第二取向层10相对于第二电极14更邻近液晶层16，这样更便于液晶分子取向。

进一步的，如图1所示，所述液晶移相器阵列还包括隔垫物17，隔垫物17设置在第一基底11和第二基底12之间，用于支撑第一基底11和第二基底12。需要说明的是，隔垫物17可以位于第一基底11和第二基底12的边缘位置，也可以位于液晶移相器阵列1的中间位置，即相邻的液晶移相器单元之间，以加强支撑。

需要说明的是，由于液晶移相器阵列1中液晶层16的厚度较普通液晶显示面板中液晶层的厚度厚出很多，若使用柱状隔垫物或者单纯使用封装胶支撑液晶盒，在向液晶盒灌入液晶的制程中会出现第一基底11和第二基底12向内凹陷的情况，有可能造成第一取向层19和第二取向层20受到损伤。因此，在本实用新型实施例中，隔垫物17选用球状隔垫物。

进一步的，如图1所示，所述液晶移相器阵列还包括封装胶18，封装胶18位于液晶移相器阵列1的边缘区域，即沿第一基底11和第二基底12的边缘设置。封装胶18的两端分别连接第一基底11和第二基底12，用于密封第一基底11和第二基底12之间的空间。

进一步的，如图6所示，液晶移相器阵列1还可以包括定向耦合器5，定向耦合器5设置在第一基底11上，用于将激光分为多束，并使各束激光分别入射至与定向耦合器5对应设置的各液晶移相器单元内的第一光波导151内。定向耦合器5可以与液晶移相器阵列1的第一基底11焊接或粘接。

如图2所示，液晶移相器阵列1中的液晶移相器为m*n个，其中，m为液晶移相器阵列1中各行液晶移相器的数量，n为液晶移相器阵列1中各列液晶移相器的数量，m和n为大于2的整数。

优选的，液晶移相器阵列1中各行液晶移相器的数量m与各列液晶移相器的数量n相等，这样，液晶移相器阵列1在各个方向上的激光干涉现象均一致，便于控制调节激光光束的出射角度。

优选的，m和n为2-64。

液晶移相器阵列1可以在一张大的玻璃基板(即第一基底11)上镀膜制作，先利用封装胶18成盒，保留较小的用于灌注液晶的开口，然后抽真空灌注液晶，最后再利用封装胶18封口，保证盒体的密封性。

本实用新型还提供一种激光扫描仪，如图5所示，所述激光扫描仪包括扫描头101，扫描头101包括用于发射第一激光的激光发射器2，还包括如前所述的液晶移相器阵列1。

液晶移相器阵列1用于，接收激光发射器2发射的第一激光，使第一激光经过各液晶移相器单元的第一光波导151传输后相互干涉，以改变第一激光的方向，使第一激光照射在被扫描物体201上；以及，用于接收从被扫描物体201反射回的第二激光，使第二激光经过各液晶移相器单元的第一光波导151传输后相互干涉，以改变第二激光的方向，其中，第二激光为被扫描物体反射的第一激光，且第二激光中携带有所述被扫描物体的信息。

本实用新型提供的激光扫描仪，包括液晶移相器阵列1，液晶移相器阵列1包括多个呈阵列排布的液晶移相器单元，以及相对设置的第一基底11和第二基底12，液晶移相器单元包括：第一光波导151、位于第一基底11和第二基底12之间的液晶层16、位于第一基底11邻近液晶层16一侧的第一电极13和位于第二基底12邻近液晶层16一侧的第二电极14，第一光波导151设置在第一电极13邻近液晶层16的一侧，且与液晶层16直接接触；激光以平行于第一基底11的方向入射至第一光波导151，第一电极13和第二电极14上加载的电压不同，能够使激光从第一光波导151中出射至液晶层16；通过控制第一电极13和第二电极14之间的电压差控制液晶分子偏转以改变激光的相位；多个液晶移相器单元同时使用，经过呈矩阵排布的各液晶移相器单元传输的激光相互干涉，相位发生叠加或相消，从而改变激光从液晶移相器阵列1出射后的方向，这样即可通过控制电压实现激光扫描光束出射方向的调节与控制，在使用过程中不会发生机械损耗，保证扫描精度；相应的，液晶移相器阵列1可以代替现有的旋转马达和多面棱规，简化激光扫描仪的部件和内部结构，降低生产成本。

进一步的，结合图1、图2和图3所示，所述激光扫描仪还包括控制模块102，扫描头101还包括激光发射器2。

数据接收器3用于，接收从液晶移相器阵列1出射的第二激光。

控制模块102用于，为液晶移相器阵列1中各液晶移相器单元内的第一电极13和第二电极14提供电压；以及，根据数据接收器3接收到的第二激光中携带的信息确定被扫描物体201的图像。

也就是说，扫描头101内的激光发射器2发射出的第一激光入射至液晶移相器阵列1，控制模块102通过为液晶移相器阵列1提供电压，控制各液晶移相器单元中液晶分子的偏转角度，以控制第一激光经过各个液晶移相器单元的第一光波导151传输后的出射方向，由此控制经过各液晶移相器单元干涉后的第一激光的出射方向，以使第一激光进行不同方向的偏转，从而扫描被扫描物体201。被扫描物体201能够将入射的第一激光反射回液晶移相器阵列1，反射回液晶移相器阵列1的激光为第二激光，其中携带有被扫描物体的形状、颜色、尺寸、密度等信息。第二激光经过各液晶移相器的第一光波导151传输后相互干涉，改变出射方向，使其入射至数据接收器3，控制模块102根据数据接收器3接收到的第二激光中携带的信息，得到被扫描物体201的图像，从而实现对被扫描物体201的激光扫描。

需要说明的是，控制模块102根据第二激光中携带的信息确定被扫描物体201的图像的具体实现方案属于现有技术，在此不再赘述。

由于被扫描物体201与扫描头101的相对位置关系不确定，以及扫描头101内部的各个部件的相对位置关系存在差异，为了保证从被扫描物体201反射回的第二激光能够顺利入射至数据接收器3，如图5所示，扫描头101还可以包括光路改变器4，光路改变器4位于激光发射器2和液晶移相器阵列1之间以及液晶移相器阵列1和数据接收器3之间，用于接收从激光发射器2出射的第一激光，并改变第一激光的方向以使第一激光入射至液晶移相器阵列1，以及，接收从液晶移相器阵列1出射的第二激光，并改变第二激光的方向以使第二激光入射至数据接收器3。

具体的，光路改变器4可以为平面反射结构，例如反射镜，可以通过控制模块102控制光路改变器4的形态，也可以手动调节光路改变器4的形态。

如图6所示，定向耦合器5将各束第一激光分别入射至与定向耦合器5相对设置的各液晶移相器单元的第一光波导管1512。需要说明的是，当扫描头101包括光路改变器4时，光路改变器4改变第一激光的方向，并使第一激光入射至定向耦合器5，定向耦合器5将第一激光分为多束，并使各束第一激光分别入射至与定向耦合器5对应设置的各液晶移相器单元内的第一光波导151内。

进一步的，如图5所示，所述激光扫描仪还可以包括测距模块103，测距模块103用于，根据激光发射器2发射的第一激光的相位及发射时间，以及数据接收器3接收到的第二激光的相位及接收时间，计算被扫描物体201与所述激光扫描仪之间的距离。因此，所述激光扫描仪还可以广泛应用在铁路、汽车制造、精密机械零件和电子元器件检测领域。

需要说明的是，测距模块103和控制模块102可以设置在激光扫描仪的主体结构内，激光发射器2和数据接收器3也可以不设置在扫描头101内，而是设置在激光扫描仪的主体结构内。激光测距的具体实现方式属于现有技术，在此不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。