CN109116597A - 液晶光波导与激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶光波导与激光雷达，液晶光波导包括液晶组件、波导芯、包层及第一导电膜。当第一导电膜未与第一电极连接时，波导芯处于导模状态，因此，当激光光束进入波导芯时，激光光束能在波导芯中发生全反射传播。由于液晶组件一侧设有第一导电膜，因此，当第一导电膜与第一电极连接时，液晶组件则处于电场中，从而使得液晶分子在电场的作用下重新排序，进而改变了液晶组件的折射率，此时，该波导芯处于辐射模状态。当激光光束射入波导芯中，激光光束会折射进入液晶组件中，在液晶分子的作用，原先的激光光束会发生偏折，如此，使得激光光束以不同角度出射，从而使得该激光光束完成垂直波导芯平面方向的扫描。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别是涉及一种液晶光波导与激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的系统，广泛应用于激光探测领域。为了适应于二维和/或三维探测，通常采用保持激光雷达本身静止或相对静止，使得激光雷达发射的光束发生改变的方式。
传统的激光雷达光束控制方式一般有三种：第一种是利用机械元件进行光束偏转扫描；第二种是利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System为微机电系统)振镜进行扫描；第三种是利用光学相控阵进行光束偏转。然而，第一种和第二种控制光束发生改变的方式均严重受到机械运动的影响，从而导致扫描的精度降低。同时，第三种控制光束发生改变的方式虽然没有机械运动，但是存在着扫描范围有限和扫描速度较低的缺点。
发明内容
基于此，有必要提供一种液晶光波导与激光雷达，它能够有效避免机械运动的影响，同时还具有扫描范围大和扫描速度快等优点。
其技术方案如下：
一种液晶光波导，包括：液晶组件与包层，所述液晶组件与所述包层对应间隔设置；所述液晶组件包括第一取向膜、第二取向膜及位于所述第一取向膜与所述第二取向膜之间的液晶分子；波导芯，所述波导芯位于所述液晶组件与所述包层之间，所述液晶组件与所述包层的折射率均小于所述波导芯的折射率；所述波导芯用于通入激光光束；及第一导电膜，所述第一导电膜位于所述液晶组件上背向所述包层的一侧面上，所述第一导电膜用于与第一电极连接。
在其中一个实施例中，液晶光波导还包括第二导电膜，所述第二导电膜位于所述液晶组件上背向所述包层的一侧面上，且所述第二导电膜与所述第一导电膜隔开设置，所述第二导电膜用于与第二电极连接。
在其中一个实施例中，所述第一导电膜上面向所述第二导电膜的一侧边包括两个以上的第一折射边，相邻两个所述第一折射边成夹角设置；所述第二导电膜上面向所述第一导电膜的一侧边包括两个以上的第二折射边，相邻两个以上的所述第二折射边成夹角设置，且所述第二折射边与所述第一折射边一一对应设置。
在其中一个实施例中，所述第一导电膜上面向所述第二导电膜的一侧边呈锯齿状；所述第二导电膜上面向所述第一导电膜的一侧边呈锯齿状。
在其中一个实施例中，液晶光波导还包括第一基板与第二基板，所述第一基板位于所述第一导电膜上背向所述液晶组件的一侧面上；所述第二基板位于所述包层上背向所述波导芯的一侧面上。
在其中一个实施例中，所述第二基板包括相对设置的第一侧面与第二侧面，所述第一侧面与所述包层贴合设置；所述第一侧面与所述第二侧面的距离从所述第二基板的入射端至所述第二基板的出射端逐渐减小。
在其中一个实施例中，所述第一基板与所述第二基板均为钠钙基基片玻璃或硅硼基基片玻璃；所述第一导电膜为氧化铟锡导电膜。
本发明还提供了一种激光雷达，包括上述任一项所述的液晶光波导，还包括：激光发射组件，所述激光发射组件用于向所述液晶光波导发射激光光束；及接收组件，所述液晶光波导用于向被测物发射所述激光光束，所述接收组件用于接收被测物反射的所述激光光束。
在其中一个实施例中，所述激光发射组件包括激光发射器、单模光纤及准直器，所述单模光纤与所述激光发射器的发射端连接；所述准直器用于对所述激光光束准直处理。
在其中一个实施例中，所述接收组件包括接收镜组与光电管，所述接收镜组用于将反射的所述激光光束汇聚到所述光电管中。
(1)在液晶组件上设置第一导电膜，通过对第一导电膜通入电极，使得液晶使得液晶分子在电场的作用下重新排序，进而改变了液晶组件的折射率，此时，该波导芯由导模变为辐射模，使得激光光束能够以不同角度出射，从而使得该激光光束完成垂直波导芯平面方向的扫描；
(2)液晶光波导设置第一导电膜与第二导电膜，并使得第一导电膜与第二导电膜隔开设置，如此，分别通入不同电极后，使得第一导电膜与第二导电膜之间形成电场，从而使得液晶组件的折射率在同一平面内发生相应变化，进而使得发生偏角的激光光束会沿着波导芯平面方向进行来回扫描；
(3)将第一导电膜一侧与第二导电膜的一侧设计成锯齿状，有利于增加了该液晶光波导的扫描角度。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的液晶光波导结构示意图；
图2为本发明一实施例所述的第一导电膜与第二导电膜配合结构示意图；
图3为本发明一实施例所述的通电状态下液晶光波导结构示意图；
图4为本发明一实施例所述的通电状态下激光光束出射分析图；
图5为本发明一实施例所述的激光雷达结构示意图。
附图标记说明：
100、液晶光波导，110、液晶组件，111、第一取向膜，112、液晶分子，113、第二取向膜，120、波导芯，130、包层，140、第一导电膜，141、第一电极，150、第二导电膜，151、第二电极，160、第一折射边，161、第二折射边，170、第一基板，180、第二基板，181、第一侧面，182、第二侧面，183、第二基板的入射端，184、第二基板的出射端，200、激光发射组件，210、激光发射器，220、单模光纤，230、准直器，300、接收组件，310、光电管，320、接收镜组，400、被测物，500、激光光束。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
请参考图1和图3，在一个实施例中，一种液晶光波导100包括液晶组件110、包层130、波导芯120及第一导电膜140。液晶组件110与包层130对应间隔设置；液晶组件110包括第一取向膜111、第二取向膜113及位于第一取向膜111与第二取向膜113之间的液晶分子112。波导芯120位于液晶组件110与包层130之间。液晶组件110与包层130的折射率均小于波导芯120的折射率。波导芯120用于通入激光光束500。第一导电膜140位于液晶组件110上背向包层130的一侧面上，第一导电膜140用于与第一电极141连接。
上述的液晶光波导100，波导芯120位于液晶组件110与包层130之间，且波导芯120的折射率分别小于液晶组件110的折射率与包层130的折射率，此时，波导芯120处于导模状态，因此，当激光光束500进入波导芯120时，激光光束500能在波导芯120中发生全反射传播。由于液晶组件110一侧设有第一导电膜140，因此，当第一导电膜140与第一电极141连接时，液晶组件110则处于电场中，从而使得液晶分子112在电场的作用下重新排序，进而改变了液晶组件110的折射率。本实施例在液晶分子112两侧分别设有第一取向膜111与第二取向膜113，其目的为了便于控制液晶分子112的扭曲和取向状态。由于波导芯120与包层130的折射率保持不变，因此，根据斯涅耳折射定律，该波导芯120会由导模转变为辐射模状态，此时，激光光束500会折射进入液晶组件110中，然后，在液晶分子112的作用，原先的激光光束500发生偏折，如此，使得激光光束500能够以不同角度出射，从而使得该激光光束500完成垂直波导芯120平面方向的扫描。由于激光光束500以不同的角度出射，因此，该液晶光波导100具有扫描范围大特点。同时，液晶分子112具有很强的光电响应特性，因此，该液晶光波导100具有扫描速度快特点。此外，由于该液晶光波导100利用液晶分子112对光电响应特性，因此，使得扫描过程避免了受机械运动影响，如此，有利于提高该液晶光波导100的扫描精度。具体在本实施例中，第一导电膜140采用氧化铟导电膜。其中，包层130为光波导结构，且该包层130覆盖在波导芯120的一侧面上。此外，波导芯120同样也为光波导结构。
进一步地，请参考图1和图2，液晶光波导100还包括第二导电膜150。第二导电膜150位于液晶组件110上背向包层130的一侧面上，且第二导电膜150与第一导电膜140隔开设置，第二导电膜150用于与第二电极151连接。由此可知，第一导电膜140与第二导电膜150位于同一平面上，因此，当第一导电膜140与第二导电膜150分别与第一电极141和第二电极151连接时，第一导电膜140与第二导电膜150之间形成电场，使得液晶分子112在同一平面内发生重新排序，从而使得液晶组件110的折射率在同一平面内发生相应变化，进而使得折射进入的激光光束500产生响应偏角。当输入的第一电极141和第二电极151为周期性电压时，发生偏角的激光光束500会沿着波导芯120平面方向进行来回扫描，如此，使得该液晶光波导100能够实现三维扫描，有利于扩大该液晶光波导100的扫描范围和提高该液晶光波导100的扫描精度。具体在本实施例中，第二导电膜150为氧化铟导电膜。
更进一步地，请参考图2，第一导电膜140上面向第二导电膜150的一侧边包括两个以上的第一折射边160。相邻两个第一折射边160成夹角设置。第二导电膜150上面向第一导电膜150的一侧边包括两个以上的第二折射边161。相邻两个以上的第二折射边161成夹角设置，且第二折射边161与第一折射边160一一对应设置。由此可知，由于相邻两个第一折射边160呈夹角设置，相邻两个第二折射边161成夹角设置，且第一折射边160与第二折射边161一一对应设置，因此，使得在第一折射边160或者第二折射边161发生偏折后的激光光束500能够作用在相邻的第一折射边160或者第二折射边161上，从而使得该激光光束500继续发生偏折，从而使得出射的激光光束500的角度更大，有利于扩大该液晶波导的扫描范围。
在一个具体实施例中，请参考图2，第一导电膜140上面向第二导电膜150的一侧边呈锯齿状。第二导电膜150上面向第一导电膜140的一侧边呈锯齿状。本实施例将第一导电膜140的一侧边与第二导电膜150的一侧边设计成锯齿状，有利于激光光束500在每个第一折射边160上或者第二折射边161上发生偏折，从而极大增加了该液晶光波导100的扫描角度。
在一个实施例中，请参考图3，液晶光波导100还包括第一基板170与第二基板180。第一基板170位于第一导电膜140上背向液晶组件110的一侧面上。第二基板180位于包层130上背向波导芯120的一侧面上。如此，通过第一基板170与第二基板180配合，使得液晶组件110能够稳定被固定，有利于使得液晶组件110稳定工作。其中，第一基板170与第二基板180为钠钙基基片玻璃或硅硼基基片玻璃。
进一步地，第二基板180包括相对设置的第一侧面181与第二侧面182。第一侧面181与包层130贴合设置。第一侧面181与第二侧面182的距离从第二基板的入射端183至第二基板的出射端184逐渐减小。由此可知，本实施例的第二基板180为楔形状结构或者近似楔形状结构，有利于使得激光光束500以更大的角度出射，从而扩大了该液晶波导的扫描范围。具体结构件图4，在图4中，当第二基板180为方形结构时，T2则为方形第二基板180的折射面，因此，当光束P1投射在T2折射面时，光束P1会以光束P3折射出。然而，本实施例将第二基板180设计成楔形状结构或者近似楔形状结构时，光束P1投射在T1折射面时，光束P1会以光束P2折射出。光束P1与法线N1的夹角为θ1，光束P2与法线N2的夹角为θ2，由于夹角θ2大于夹角θ1，因此，光束P2相对与光束P3会更加偏离波导芯120的平面，如此，通过将第二基板180设计成楔形状结构或者近似楔形状结构时，使得激光光束500以更大的角度射出，有利于扩大该液晶光波导100的扫描范围。其中，第二基板的入射端183为第二基板面向波导芯120的入射端，第二基板的出射端184为第二基板面向波导芯120的出射端。同时，为了便于理解第一侧面181与第二侧面182的距离，以图4为例，第一侧面181与第二侧面182的距离为图4中L表示的距离。
在一个实施例中，第一基板170与第二基板180均为钠钙基基片玻璃或硅硼基基片玻璃。第一导电膜140为氧化铟锡导电膜。
请参考图5，在一个实施例中，一种激光雷达包括激光发射组件200、接收组件300及上述任一实施例的液晶光波导100。激光发射组件200用于向液晶光波导100发射激光光束500。液晶光波导100用于向被测物400发射激光光束500。接收组件300用于接收被测物400反射的激光光束500。
上述的激光雷达，通过激光发射组件200向液晶光波导100发射激光光束500，再通过液晶光波导100使得激光光束500发生不同角度的偏折并以不同角度进行出射，从而使得激光光束500能够对被测物400大范围地扫描。扫描后的激光光束500反射至接收组件300中进行采集分析。如此，通过该激光雷达，能够快速且大范围对被测物400进行扫描。同时，由于该激光雷达在扫描过程中避免了受机械运动影响，因此，使得该激光雷达对被测物400的扫描精度更高。此外，由于该液晶光波导100利用液晶分子112很强的光电响应特性，因此，使得该液晶光波导100具有扫描速度快特点，如此，有利于提高该激光雷达的扫描效率。
进一步地，激光发射组件200包括激光发射器210、单模光纤220及准直器230。单模光纤220与激光发射器210的发射端连接。本实施例采用单模光纤220传输激光光束500，有利于该激光光束500能够远距离传输；同时也有利于该激光光束500的信号在传输过程中更加稳定。准直器230用于对激光光束500准直处理，如此，有效避免进入液晶光波导100中的激光光束500呈发散状，从而导致该激光雷达的扫描精度降低。
可选地，本实施例并不具体限定准直器230，只需要满足将进入液晶光波导100中的激光光束500以准直方式射入即可。具体地，准直器230为准直镜。
在一个实施例中，接收组件300包括接收镜组320与光电管310。接收镜组320用于将反射的激光光束500汇聚到光电管310中。由此可知，液晶光波导100通过将激光光束500偏折射出，使得该激光光束500能够对被测物400进行全面扫描，扫描后的激光光束500被反射至接收镜组320，通过接收镜组320将激光光束500集中射入光电管310中，最后，通过光电管310将该激光光束500转化为电信号进行分析。如此，使得该激光雷达能够有效且稳定探测待测物体。其中，光电管310为真空光电管或者充气光电管。此外，接收镜组320为一种能够将激光光束500聚集射出的光学设备。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种液晶光波导，其特征在于，包括：
液晶组件与包层，所述液晶组件与所述包层对应间隔设置，所述液晶组件包括第一取向膜、第二取向膜及位于所述第一取向膜与所述第二取向膜之间的液晶分子；
波导芯，所述波导芯位于所述液晶组件与所述包层之间，所述液晶组件与所述包层的折射率均小于所述波导芯的折射率；所述波导芯用于通入激光光束；及
第一导电膜，所述第一导电膜位于所述液晶组件上背向所述包层的一侧面上，所述第一导电膜用于与第一电极连接。
2.根据权利要求1所述的液晶光波导，其特征在于，所述液晶光波导还包括第二导电膜，所述第二导电膜位于所述液晶组件上背向所述包层的一侧面上，且所述第二导电膜与所述第一导电膜隔开设置，所述第二导电膜用于与第二电极连接。
3.根据权利要求2所述的液晶光波导，其特征在于，所述第一导电膜上面向所述第二导电膜的一侧边包括两个以上的第一折射边，相邻两个所述第一折射边成夹角设置；所述第二导电膜上面向所述第一导电膜的一侧边包括两个以上的第二折射边，相邻两个以上的所述第二折射边成夹角设置，且所述第二折射边与所述第一折射边一一对应设置。
4.根据权利要求3所述的液晶光波导，其特征在于，所述第一导电膜上面向所述第二导电膜的一侧边呈锯齿状；所述第二导电膜上面向所述第一导电膜的一侧边呈锯齿状。
5.根据权利要求1所述的液晶光波导，其特征在于，所述液晶光波导还包括第一基板与第二基板，所述第一基板位于所述第一导电膜上背向所述液晶组件的一侧面上；所述第二基板位于所述包层上背向所述波导芯的一侧面上。
6.根据权利要求5所述的液晶光波导，其特征在于，所述第二基板包括相对设置的第一侧面与第二侧面，所述第一侧面与所述包层贴合设置；所述第一侧面与所述第二侧面的距离从所述第二基板的入射端至所述第二基板的出射端逐渐减小。
7.根据权利要求1-6任一项所述的液晶光波导，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板均为钠钙基基片玻璃或硅硼基基片玻璃；所述第一导电膜为氧化铟锡导电膜。
8.一种激光雷达，包括权利要求1-7任一项所述的液晶光波导，其特征在于，还包括：
激光发射组件，所述激光发射组件用于向所述液晶光波导发射激光光束；及
接收组件，所述液晶光波导用于向被测物发射所述激光光束，所述接收组件用于接收被测物反射的所述激光光束。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射组件包括激光发射器、单模光纤及准直器，所述单模光纤与所述激光发射器的发射端连接；所述准直器用于对所述激光光束准直处理。
10.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述接收组件包括接收镜组与光电管，所述接收镜组用于将反射的所述激光光束汇聚到所述光电管中。
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