一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达的制作方法

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其是指一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达。

背景技术：

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的系统，广泛应用于激光探测领域。为了适应于二维或三维探测，激光雷达发射出的激光光束需要旋转。通常采用光学相控阵元件来控制激光光束波前相位，从而达到对发射光束方向的控制。随着液晶显示技术的进步，出现了使用液晶器件作为光学相控的元件，但是这种方法存在对液晶基板电极蚀刻精度较高，衍射效率低等缺点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：使用液晶器件作为光学相控的元件，衍射效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达系统，包括第一角度偏转系统，所述第一偏转系统包括第一偏转单元和至少一第二偏转单元；

所述第一偏转单元将入射光线偏转处理，得到偏转光线；

所述第二偏转单元包括第二偏振光栅及至少一第二液晶相位延迟器，至少一第二液晶相位延迟器用于对偏转光线进行延迟，使液晶器件的总延迟量达到半波片，所述第二偏振光栅用于对偏转光线进行再次偏转。

本发明的有益效果在于：将液晶相位延迟器和偏振光栅运用在激光雷达系统上,实现系统的高效率运行，可靠性高，稳定性好，并低成本，可大规模商业化。

进一步的，所述第一偏转单元包括一个第一液晶相位延迟器和一个第一偏振光栅，所述第一液晶相位延迟器用于对入射光线进行延迟，其相位延迟量为四分之一波片，使入射的线偏振光线转化为圆偏振光线或者维持线偏振光，第一偏振光栅能够将入射光线偏转一个角度θ，其中，θ大于或等于0。

进一步的，所述第二偏转单元的数量为多个，多个第二偏转单元呈排状设置，每个偏转单元使光线的角度发生偏转或者不偏转。

进一步的，包括第二偏转系统，所述第二偏转系统位于第一偏转系统后端，所述第二偏转系统用于将第一偏转系统的偏转光线调节至最大偏转角度。

进一步的，所述第二偏转系统包括至少一第三偏转单元，所述第三偏转单元包括至少一个第三液晶相位延迟器和至少两个第三偏振光栅，至少两个第三偏振光栅能够将偏转光线偏转2*θ，其中，θ大于或等于0，至少一第三液晶相位延迟器用于对偏转光线进行延迟，使偏转光线的总延迟量达到四分之一波片。

进一步的，所述第三偏转单元的数量为多个，多个第三偏转单元呈排状设置，每个偏转单元使光线的角度发生偏转或者不偏转。

进一步的，还包括第一防反射层和第二防反射层，所述第一防反射层位于第一偏转系统的前端，所述第二防反射层位于第二偏转系统的后端。

进一步的，还包括第一加热层和第二加热层，所述第一加热层位于所述第一防反射层与所述第一偏转系统之间，第二加热层位于第二防反射层与第二偏转系统之间。

进一步的，还包括至少一第三加热层，所述第三加热层位于所述第一偏转单元与所述第二偏转单元之间，或者位于所述第二偏转单元与所述第三偏转单元之间。

进一步的，所述第一偏转系统和所述第二偏转系统工作在800-1100nm的红外波段。

本实用新型的有益效果在于：将液晶相位延迟器和偏振光栅运用在激光雷达系统上,实现系统的高效率运行，可靠性高，稳定性好，并低成本，可大规模商业化。

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构

图1为本实用新型一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达的部分结构图。

图2为本实用新型一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达的元器件指示图。

标号如下：

1-第一液晶相位延迟器/第二液晶相位延迟器/第三液晶相位延迟器；2-第一偏振光栅/第二偏振光栅/第三偏振光栅；10-第一防反射层；20-第一加热层；30-第二加热层；40-第二防反射层；50-第一偏转系统；60-第二偏转系统。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1及图2，一种以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达系统，包括第一角度偏转系统50，所述第一偏转系统50包括第一偏转单元和至少一第二偏转单元；

所述第一偏转单元将入射光线偏转处理，得到偏转光线；

所述第二偏转单元包括第二偏振光栅2及至少一第二液晶相位延迟器1，至少一第二液晶相位延迟器1用于对偏转光线进行延迟，使液晶器件的总延迟量达到半波片，所述第二偏振光栅2用于对偏转光线进行再次偏转。

由此，第一偏转单元的功能是将入射的线偏振光变为圆偏振光并发生偏转。当入射光线是线偏振光时，依次经过ar层，加热层，然后经过a0第一层液晶相位延迟器，当液晶器件工作在四分之一波片的状态时，线偏振光经过液晶器件后变成左(右)圆偏振光，左(右)圆偏振光经过偏振光栅之后向上(下)偏转一个角度θ，同时左(右)圆偏振光变成右(左)圆偏振光。当a1的一个或两个及以上液晶器件协调工作在总延迟量在二分之一波片的状态时，右(左)圆偏振光经两液晶器件后变成左(右)圆偏振光，左(右)圆偏振光经过偏振光栅之后向上(下)偏转一个角度θ。当偏转系统a中有n个ai子系统的液晶器件协调工作在总延迟量在二分之一波片的状态时，角度发生n*θ偏转。

实施例1

所述第一偏转单元包括一个第一液晶相位延迟器1和一个第一偏振光栅2，所述第一液晶相位延迟器用于对入射光线进行延迟，其相位延迟量为四分之一波片，使入射的线偏振光线转化为圆偏振光线或者维持线偏振光，第一偏振光栅能够将入射光线偏转一个角度θ，其中，θ大于或等于0。

由此，第一液晶相位延迟器1有四分之一波片的作用，能够将线偏振光转换为圆偏振光，加高电压时不改变光线的偏振状态。偏振光栅2可以实现以下功能：入射光线为线偏振时，不改变光线的角度和偏振状态；入射光线为圆偏振光时，经过偏振光栅后向右或向左偏转一个角度θ，并且经过同一个光栅时，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光偏转的方向相反。

实施例2

所述第二偏转单元的数量为多个，多个第二偏转单元呈排状设置，每个偏转单元使光线的角度发生偏转或者不偏转。

由此，一个或两个及以上液晶相位延迟器1总的延迟量达到半波片的作用，能够将左(右)旋圆偏振光转换成右(左)旋圆偏振光，或者其中一个加高电压时能够将圆(线)偏振光转换为线(圆)偏振光，或者同时加电压时不改变光线的偏振状态。i个系统组合能够实现0°到i*θ(i＝1,2,3....)的角度偏转。

实施例3

包括第二偏转系统60，所述第二偏转系统60位于第一偏转系统50后端，所述第二偏转系统60用于将第一偏转系统50的偏转光线调节至最大偏转角度。

由此，第二偏转系统60可以使入射光线偏转2*i*θ(θ为单个偏转光栅能够偏转的角度，i＝0,1,2......取决于子系统bi的个数)。如果光线到第二偏转系统60前的偏振状态为圆偏振光，当b1中的液晶器件工作在高电压时，光线经液晶器件后偏振状态不发生改变，仍为圆偏振光，经两个偏振光栅后，光线偏转2*θ。如果第二偏转系统中有m个子系统的液晶器件工作在高电压下(不改变入射光线的偏振状态)，则偏转的角度为2*m*θ。

这个系统的偏转角度的能力为n*θ+2*m*θ。第一偏转系统50中ai系统的个数和第二偏转系统60中bi系统的个数，决定了整个系统的最大偏转角度和偏振精度。通过控制液晶器件的工作状态，可以实现在最大偏转角度范围内的角度偏转。

实施例4

所述第二偏转系统60包括至少一第三偏转单元，所述第三偏转单元包括至少一个第三液晶相位延迟器1和至少两个第三偏振光栅2，至少两个第三偏振光栅2能够将偏转光线偏转2*θ，其中，θ大于或等于0，至少一第三液晶相位延迟器1用于对偏转光线进行延迟，使偏转光线的总延迟量达到四分之一波片。

由此，能够将圆偏振光转换为线偏振光，加高电压时不改变光线的偏振状态。偏振光栅2起到偏转角度的作用。

实施例5

所述第三偏转单元的数量为多个，多个第三偏转单元呈排状设置，每个偏转单元使光线的角度发生偏转或者不偏转。

由此，第三偏转单元的数量可根据实际要求增加或减少。液晶器件通过电进行控制，通电时液晶分子发生偏转，当液晶分子垂直于基板，液晶器件的延迟量接近零，即不对入射光相位产生延迟，入射光的偏振方向不发生改变，不通电时，液晶器件的延迟量为二分之一波片，会入射光产生相位延迟，例如入射左圆偏光经过液晶器件出射光为右圆偏振光。

实施例6

还包括第一防反射层10和第二防反射层40，所述第一防反射层10位于第一偏转系统50的前端，所述第二防反射层40位于第二偏转系统60的后端。

由此，防反射层(ar)用于减少光线的反射，增加整体系统的透过率。

实施例7

还包括第一加热层20和第二加热层30，所述第一加热层20位于所述第一防反射层10与所述第一偏转系统50之间，第二加热层30位于第二防反射层40与第二偏转系统60之间。还包括至少一第三加热层，所述第三加热层位于所述第一偏转单元与所述第二偏转单元之间，或者位于所述第二偏转单元与所述第三偏转单元之间。

由此，加热层在环境温度较低时工作，使得整个以液晶器件为光束偏转装置的激光雷达系统在低温的条件下也能够正常工作。位置和数量根据实际需求调整。

实施例8

所述第一偏转系统50和所述第二偏转系统60工作在800-1100nm的红外波段。

由此，第一偏转系统50，第二偏转系统60组合使用能够实现角度的连续扫描。第一偏转系统50和所述第二偏转系统60工作在此红外波段，在室外环境时不容易受到可见光的干扰。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。