CN110058345B - 扫描结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫描结构及其控制方法。该扫描结构包括：液晶波片，具有入光面和出光面，所述液晶波片用于改变入射光的旋光方向；液晶偏振光栅组，设于所述出光面上，所述液晶偏振光栅组用于改变出射光线的偏转角度；其中，所述液晶偏振光栅组包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数，各所述液晶偏振光栅中的液晶分子呈正弦型周期排列以产生梯度相位，各所述液晶偏振光栅的液晶排列周期依次递减。本申请的扫描结构能实现大范围的探测，可便于器件小型化，并且整体成本较低。

Description

扫描结构及其控制方法

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，特别是涉及一种扫描结构及其控制方法。

背景技术

激光雷达是一种以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的系统，其广泛应用于激光探测领域。为了适应于二维和/或三维探测，激光雷达发射出的激光光束需要覆盖尽可能大的探测面积，并且在接收时将所有探测面积上的回波都接收，然后通过探测器阵列获得各个方向的回波信息。

激光雷达为了探测各个方向的信息，有时需要将光束照射到不同方向。现有的激光雷达扫描方法，一种是采用多个激光器组合进行扫描的方式，来将光束照射到不同的方向，但是由于这种方式需要采用多个激光雷达进行组合扫描，导致该方法的成本较高，并且多个激光器相互之间的协同控制较为困难；另外一种是采用机械扫描手段，将一束光束通过机械转镜片转到不同方向，但是由于这种方法使用的模块的体积较大使得形成的装置难以小型化，并且其成本也较高。

发明内容

基于此，有必要针对现有扫描手段成本高昂、不易控制等问题，提供一种扫描结构及其控制方法。

本申请提供一种扫描结构，所述扫描结构包括：

液晶波片，具有入光面和出光面，所述液晶波片用于改变入射光的旋光方向；

液晶偏振光栅组，设于所述出光面上，所述液晶偏振光栅组用于改变出射光线的偏转角度；其中，所述液晶偏振光栅组包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数，各所述液晶偏振光栅中的液晶分子呈正弦型周期排列以产生梯度相位，各所述液晶偏振光栅的液晶排列周期依次递减。

在其中一个实施例中，各所述液晶偏振光栅包括：相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板的内侧面设置有第一取向膜，所述第二基板的内侧面设置有第二取向膜，所述第一取向膜和所述第二取向膜之间设置有液晶层。

在其中一个实施例中，所述第一取向膜、第二取向膜采用全息照射法制备。

在其中一个实施例中，所述液晶层为向列相液晶、铁电液晶、反铁电液晶、亚铁电液晶或双频液晶中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述第一基板与所述第一取向膜相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃，所述第二基板与所述第二取向膜相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃。

在其中一个实施例中，各所述液晶偏振光栅中快轴与慢轴之间的相位差为(π/2)*N，N≥1且N为整数。

在其中一个实施例中，各所述偏振光栅被设置为在未加电压的状态下使入射至所述液晶偏振光栅组的光线，从入射端起发生偏转的角度依次递增。

本申请还提供一种扫描结构的控制方法，所述扫描结构包括液晶波片和液晶偏振光栅组，所述控制方法包括：

提供一线偏振光、并使所述线偏振光以垂直于所述扫描结构的角度入射至所述扫描结构；

分别调节输出至所述液晶波片、所述液晶偏振光栅组的电压以使所述线偏振光以预设的偏振态和预设的偏转角度射出。

在其中一个实施例中，所述液晶偏振光栅组包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数；所述分别调节输出至所述液晶波片、所述液晶偏振光栅组的电压以使所述线偏振光以预设的偏振态和预设的偏转角度射出的步骤，包括：

控制输入至所述液晶波片的电压以使所述线偏振光变为预设旋光方向的圆偏振光；

调节输入至所述液晶偏振光栅组中各液晶偏振光栅的电压以使入射至所述液晶偏振光栅组后的光线以预设的偏转角度射出；其中，入射至所述液晶偏振光栅组前后的光线的偏振态相同。

在其中一个实施例中，所述扫描结构的控制方法还包括：

控制所述液晶偏振光栅组中液晶偏振光栅的数量以获取多个预设的偏转角度。

上述扫描结构，通过设置液晶波片来改变入射光的旋光方向，设置液晶偏振光栅组来调整出射光线的偏转角度，可使得本申请的扫描结构能以预设的偏转角度出射，进而使得进入该扫描结构后出射的光线能以不同的角度射出，进而增加了扫描结构的探测范围；同时，该扫描结构仅使用液晶波片和液晶偏振光栅组，可便于小型化，并且整体的成本较低。进一步地，将液晶偏振光栅的液晶分子设置成呈正弦型周期排列以产生梯度相位，可使激光通过液晶偏振光栅前后均为同样的偏振态；通过将液晶光栅组中的各个液晶偏振光栅的液晶排列周期设置为依次递减，可增大光线经过扫描结构后出射光的偏转角度。

附图说明

图1为一实施例中的扫描结构的立体图；

图2为一实施例中的液晶偏振光栅的爆炸图；

图3为一实施例中的扫描结构的控制方法流程示意图；

图4为一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图5为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图6为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图7为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图8为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图9为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图；

图10为另一实施例中的步骤S20的电压调节示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。

请参阅图1，为一实施例中的扫描结构的立体图。该扫描结构可以包括液晶波片10，液晶偏振光栅组20。其中，液晶波片10具有入光面和出光面，入光面也即是光线射入的一面，液晶波片10用于改变入射光的旋光方向；旋光是指偏振光通过某些晶体或物质的溶液时，其振动面以光的传播方向为轴线发生旋转的现象。液晶波片10是将普通波片中间的双折射晶体替换为液晶，通过调制液晶的电压产生等效光程，进而改变波片的偏振效果。

液晶偏振光栅组20，设于出光面上，液晶偏振光栅组20用于改变出射光线的偏转角度；其中，液晶偏振光栅组20包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数；各液晶偏振光栅中的液晶分子呈正弦型周期排列以产生梯度相位；各液晶偏振光栅的液晶排列周期依次递减。换句话说，液晶偏振光栅组20中可以包括2块及以上的液晶偏振光栅，多块液晶偏振光栅依次叠加设置。为了便于说明，本申请在以下实施例中的液晶偏振光栅组20均包括2块液晶偏振光栅，两片液晶偏振光栅分别定义为第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220，第一液晶偏振光栅210设于出光面上，第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期大于第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期。

上述扫描结构，通过设置液晶波片来改变入射光的旋光方向，设置液晶偏振光栅组来调整出射光线的偏转角度，可使得本申请的扫描结构能以预设的偏转角度出射，进而使得进入该扫描结构后出射的光线能以不同的角度射出，进而增加了扫描结构的探测范围；同时，该扫描结构仅使用液晶波片和液晶偏振光栅组，可便于小型化，并且整体的成本较低。进一步地，将液晶偏振光栅的液晶分子设置成呈正弦型周期排列以产生梯度相位，可使激光通过液晶偏振光栅前后均为同样的偏振态；通过将第一液晶偏振光栅的液晶排列周期设置为大于第二液晶偏振光栅的液晶排列周期，可增大激光经过扫描结构后出射光的偏转角度。

在一个实施例中，为了使得扫描结构更加容易控制，可通过将各所述液晶偏振光栅中快轴与慢轴之间的相位差为(π/2)*N，N≥1且N为整数，使得激光经过扫描结构后可产生PB(Pancharatnam-Berry)相位，又称几何相位，从而可使得通过扫描结构来改变出射偏振光的相位。具体可以参照以下公式：

其中，δ为波片快慢轴之间相位差，具体的数值可通过设置液晶偏振光栅的盒厚来调整，在本申请中，也即是液晶偏振光栅的快慢轴之间的相位差，e^i2θ为PB相位。

为了便于说明，将公式(1)划分为三部分，其中，

为第一部分，可以表示自然光项，

为第二部分，可以表示左旋偏振光，

为第三部分，表示右旋偏振光，从公式中可以获知，可通过改变PB相位来改变左旋偏振光或者右旋偏振光的相位，还可以通过切换入射圆偏振光的旋光方向，来切换偏转角度的方向。

液晶偏振光栅的偏转角度还和一个因素有关，那就是液晶的排列周期，通常液晶偏振光栅在生产取向膜的时候，会使液晶分子的取向沿某个方向呈现正弦性周期变化，每一个局部可以视为液晶的偏转朝一个方向，可以看做一个小波片，每个小波片产生一个2θ的相位，这样整体连起来就产生一个梯度相位。这种梯度相位就使光束朝一个方向倾斜，且对于不同旋光方向的圆偏振光，倾斜角度反向。

在一个实施例中，第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期大于第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期，示例性地，将第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期设置为第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期的3/2倍。也就是说，第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期较第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期长，这样设置液晶的排列周期的一个好处是光束通过液晶偏振光栅前后均为同样偏振态，同时可以产生极高的衍射效率。

在一个实施例中，液晶偏振光栅组20中的各个液晶偏振光栅被设置为在未加电压的状态下使入射至液晶偏振光栅组的光线，从入射端起发生偏转的角度依次递增。也就是说，当按照前述描述的液晶偏振光栅组20包括2块液晶偏振光栅，其分别为第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220时，第一液晶偏振光栅210使入射光线发生偏转的角度大于第二液晶偏振光栅220使入射光线发生偏转的角度。由于第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期长，产生的梯度相位平缓，这样经过第一液晶偏振光栅210偏振后的偏转角度较小，而第二液晶偏振光栅220的排列周期短，梯度较陡峭，经第二液晶偏振光栅220偏振后的偏转角度较大，这样，通过控制第一液晶偏振光栅210或第二液晶偏振光栅220的输入电压即可获取较小或者较大的偏转角度。

在一个实施例中，可参阅图2，为一实施例中的液晶偏振光栅的爆炸图。该液晶偏振光栅可以包括第二基板110，第二取向膜120，第一取向膜130，第一基板140，液晶层150。其中，第一基板140和第二基板110相对设置，第二基板110的内侧面设置有第二取向膜120；第一基板140的内侧面设置有第一取向膜130；液晶层150夹设于第一取向膜130与第二取向膜120之间。应当理解，第一基板140也称上基板，第二基板110也称下基板，第一基板140和第二基板110可以是玻璃基板或塑料基板，其中，玻璃基板可以为无碱硼硅酸盐超薄玻璃，无碱硼硅酸盐玻璃具有较高的物理特性、较好的耐腐蚀性能、较高的热稳定性以及较低的密度和较高的弹性模量。

进一步地，在第一基板140与第一取向膜130相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃，第二基板110与第二取向膜120相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃，该导电玻璃可以为ITO(氧化铟锡)材料。

更进一步地，第一取向膜130、第二取向膜120一般采用全息照射法制备，第一取向膜130与第二取向膜120主要用于让夹设于中间的液晶分子朝向特定的角度偏转，当不加电压时液晶分子受到配向膜中凹槽的控制，形成了一种光栅，当加电压时，液晶分子朝向电压方向竖立起来，通过控制光栅的参数，可以控制出射光线的偏转角度。它与一般液晶器件不相同，它没有像素结构，整个器件受到同样电压控制，因此结构简单，能量透过率高。

在一个实施例中，液晶层150可以为向列相液晶、铁电液晶、反铁电液晶、亚铁电液晶或双频液晶中的任意一种。换句话说，液晶层150中的液晶分子可以为向列相液晶、铁电液晶、反铁电液晶、亚铁电液晶或双频液晶中的任意一种。

还提供一种雷达装置，包括前述所述的扫描结构。该雷达装置由于包括前述所述的扫描结构，故对于具有相同有益效果的部分不再进一步地赘述，可参照前述扫描结构实施例中的有关描述。该雷达装置可以为激光雷达。

请参阅图3，为一实施例中的扫描结构的控制方法流程示意图。该扫描结构可以包括液晶波片和液晶偏振光栅组，该控制方法可以包括步骤S10-S20。

步骤S10，提供一线偏振光、并使所述线偏振光以垂直于所述扫描结构的角度入射至所述扫描结构。

具体地，线偏振光可通过激光器产生，并使产生的线偏振光以垂直于扫描结构的角度入射至扫描结构。

步骤S20，分别调节输出至所述液晶波片、所述液晶偏振光栅组的电压以使所述线偏振光以预设的偏振态和预设的偏转角度射出。

具体地，可通过调节输出至液晶波片10和液晶偏振光栅组20的电压来使入射的线偏振光经过扫描结构后以预设的偏转角度射出。由于液晶波片10和液晶偏振光栅组20均是可控的器件，所以可以通过改变电压的方式来调整出射光线的偏转角度。

进一步地，液晶偏振光栅组20可以包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数，该步骤S20可以包括步骤：

S21，控制输入至所述液晶波片的电压以使所述线偏振光变为预设旋光方向的圆偏振光。

S22，调节输入至所述液晶偏振光栅组中各液晶偏振光栅的电压以使入射至所述液晶偏振光栅组后的光线以预设的偏转角度射出；其中，入射至所述液晶偏振光栅组前后的光线的偏振态相同。

通过前述的有关描述可知，本申请中均以液晶偏振光栅组20包括2块液晶偏振光栅进行说明，所以，上述步骤S21-S22可以具体通过以下几种方式实现：

方式一、该步骤S21-S22还可以通过子步骤S211-S212实现。可同时参阅图4。

步骤S211，控制输出至所述液晶波片的电压为第一预设电压；其中，在所述第一预设电压下所述液晶波片对所述线偏振光无旋光作用。

具体地，请同时参阅图4，为一实施例中的步骤20的具体实现流程图。一束经激光器产生的线偏振光以垂直于液晶波片10的入射面射入液晶波片10，通过调整液晶波片10的电压可控制出射的偏振光的旋光方向，也即是说可以通过控制输出到液晶波片10的电压控制出射的偏振光是左旋、右旋还是无旋，在本申请中，第一预设电压为使液晶波片10对线偏振光没有旋光作用的电压，也就是无旋，换句话说，入射是线偏振光，出射还是线偏振光。示例性地，第一预设电压可以为0伏。

步骤S212，控制输出至所述液晶偏振光栅组的电压为第二预设电压；其中，在所述第二预设电压下所述液晶偏振光栅组对所述线偏振光无偏振作用，经所述液晶偏振光栅组出射的线偏振光与入射至所述液晶波片的线偏振光平行。

具体地，请继续参阅图4，由于液晶偏振光栅只对圆偏振光起作用，并且前一步骤S211中液晶波片10并没有改变线偏振光的旋光方向，所以在本申请中，液晶偏振光栅实际上对线偏振光不起作用，故此处不管给液晶偏振光栅施加多少的电压都不会改变线偏振光的偏转角度，进一步地，图4中的“加电”，实际是指对液晶偏振光栅组20施加一定的电压，也就是第二预设电压，示例性地，可使冲击电压(一开始的电压)为20伏-50伏，然后使电压保持在5伏左右，在加电的状态下，液晶分子会“站立”，失去偏振效果，只是一个普通的波片，这样从液晶偏振光栅组出射的线偏振光与从液晶波片入射的线偏振光就是平行的，也就是不改变线偏振光的偏转角度的情况。

方式二、该步骤S21-S22还可以通过子步骤S221-S223实现。可同时参阅图5。

步骤S221，控制输出至所述液晶波片的电压为第三预设电压；其中，在所述第三预设电压下所述液晶波片将所述线偏振光切换成右旋圆偏振光。

在本申请中，液晶偏振光栅组20包括2片液晶偏振光栅，两片液晶偏振光栅分别定义为第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220。

具体地，在本申请中，通过控制输出至液晶波片10的电压为第三预设电压，其中，第三预设电压为能够使线偏振光切换成右旋圆偏振光的电压，进一步地，第三预设电压的冲击电压可以为20伏-50伏，然后使电压保持在5伏左右。可以理解，第三预设电压可以与第二预设电压相同，也可以与第二预设电压不同，可根据实际需要进行选择和调整。

步骤S222，控制输出至所述第一液晶偏振光栅的电压为第二预设电压、并控制所述第二液晶偏振光栅的电压为第四预设电压；其中，在所述第二预设电压下所述第一液晶偏振光栅对所述右旋圆偏振光无偏振作用，在所述第四预设电压下所述第二液晶偏振光栅对所述右旋圆偏振光有偏振作用。

具体地，将输出至第一液晶偏振光栅210的电压设置为第二预设电压、并控制输出至第二液晶偏振光栅220的电压为第四预设电压。在本申请中，步骤S222中的第二预设电压的数值可以和前述步骤中的第二预设电压的数值相同。应当理解的是，液晶偏振光栅组20中液晶偏振光栅应当与液晶波片10工作在“同步切换”的状态，也即是说，在对液晶波片10输入一定的电压的同时，也会输入或者不输入一定的电压至液晶偏振光栅组20。同时，输入第四预设电压至第二液晶偏振光栅220。第四预设电压可以和第一预设电压相同，也就是说可以为0伏，在第四预设电压下第二液晶偏振光栅220对右旋圆偏振光有偏振作用。

步骤S223，通过电压调节后的液晶偏振光栅组使所述右旋圆偏振光以第一预设偏转角度射出。

电压调节后的液晶偏振光栅组20中实际上只有第二液晶偏振光栅220对光线有偏振作用，在第四预设电压下，第二液晶偏振光栅220的状态为“掉电”，在此状态下，第二液晶偏振光栅220中的液晶分子按照配向膜的状态取向，从而使得出射的光线以第一预设偏转角度α射出。由于从液晶波片10出射的光线此时为右旋圆偏振光，所以第一预设偏转角度α向上偏。由于液晶偏振光栅并不改变光线的偏振态，所以进入液晶偏振光栅前后的光线的偏振态相同。

方式三、该步骤S21-S22还可以通过子步骤S231-S233实现。可同时参阅图6。

步骤S231，控制输出至所述液晶波片的电压为第三预设电压；其中，在所述第三预设电压下所述液晶波片将所述线偏振光切换成右旋圆偏振光。

步骤S232，控制输出至所述第一液晶偏振光栅的电压为第四预设电压、并控制所述第二液晶偏振光栅的电压为第二预设电压；其中，在所述第四预设电压下所述第一液晶偏振光栅对所述右旋圆偏振光有偏振作用，在所述第二预设电压下所述第二液晶偏振光栅对所述右旋圆偏振光无偏振作用。

步骤S233，通过电压调节后的液晶偏振光栅组使所述右旋圆偏振光以第二预设偏转角度射出。

可以理解，该方式与方式一不同之处在于：液晶偏振光栅组20中第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220的状态不同，也即是说，在本实施例中，第一液晶偏振光栅210的状态为“掉电”，第二液晶偏振光栅220的状态为“加电”，出射光线的偏转角度也即是第二预设偏转角度α1由第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期决定，而根据前述实施例的描述可以知道，第一液晶偏振光栅210的液晶排列周期长，产生的梯度相位平缓，这样经过第一液晶偏振光栅210偏振后的光束角度较小，而第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期短，产生的梯度相位较陡峭，这样经过第二液晶偏振光栅220偏振后的光束角度较大，也即是说α＞α1。所以，经过液晶偏振光栅组20后的光线变成了右旋圆偏振光，并以偏转角度α1射出。由于液晶偏振光栅并不改变光线的偏振态，所以进入液晶偏振光栅前后的光线的偏振态相同。

方式四、该步骤S21-S22还可以通过子步骤S241-S243实现。可同时参阅图7。

步骤S241，控制输出至所述液晶波片的电压为第五预设电压；其中，在所述第五预设电压下所述液晶波片将所述线偏振光切换成左旋圆偏振光。

在本申请中，液晶偏振光栅组20包括至少两片液晶偏振光栅，两片液晶偏振光栅分别定义为第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220。

具体地，在本申请中，通过控制输出至液晶波片10的电压为第五预设电压，其中，第五预设电压为能够使线偏振光切换成左旋圆偏振光的电压，进一步地，第五预设电压的冲击电压可以为20伏-50伏，然后使电压保持在5伏左右。可以理解，第五预设电压可以与第二预设电压相同，也可以与第二预设电压不同，可根据实际需要进行选择和调整。

步骤S242，控制输出至所述第一液晶偏振光栅的电压为第二预设电压、并控制所述第二液晶偏振光栅的电压为第四预设电压；其中，在所述第二预设电压下所述第一液晶偏振光栅对所述左旋圆偏振光无偏振作用，在所述第四预设电压下所述第二液晶偏振光栅对所述左旋圆偏振光有偏振作用。

步骤S243，通过电压调节后的液晶偏振光栅组使所述左旋圆偏振光以第三预设偏转角度射出。

与方式二不同的是，该方式主要通过控制液晶波片10使得线偏振光变为左旋圆偏振光，然后以与方式二液晶偏振光栅组20中第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220相同的工作状态来使出射的左旋圆偏振光以第三预设偏转角度γ射出。由于从液晶波片10出射的光线此时为左旋圆偏振光，所以第三预设偏转角度γ向下偏。由于液晶偏振光栅并不改变光线的偏振态，所以进入液晶偏振光栅前后的光线的偏振态相同。

方式五、该步骤S21-S22还可以通过子步骤S251-S253实现。可同时参阅图8。

步骤S251，控制输出至所述液晶波片的电压为第五预设电压；其中，在所述第五预设电压下所述液晶波片将所述线偏振光切换成左旋圆偏振光。

步骤S252，控制输出至所述第一液晶偏振光栅的电压为第四预设电压、并控制所述第二液晶偏振光栅的电压为第二预设电压；其中，在所述第四预设电压下所述第一液晶偏振光栅对所述左旋圆偏振光有偏振作用，在所述第二预设电压下所述第二液晶偏振光栅对所述左旋圆偏振光无偏振作用。

步骤S253，通过电压调节后的液晶偏振光栅组使所述左旋圆偏振光以第四预设偏转角度射出。

与方式四不同的是，液晶偏振光栅组20中第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220的状态不同，也即是说，在本实施例中，第一液晶偏振光栅210的状态为“掉电”，第二液晶偏振光栅220的状态为“加电”，从而使得出射的左旋圆偏振光的第四偏转角度为γ1，同时，根据前述对第一液晶偏振光栅210和第二液晶偏振光栅220的液晶排列周期的描述可知，最后获得的第四偏转角度γ1＜γ。由于液晶偏振光栅并不改变光线的偏振态，所以进入液晶偏振光栅前后的光线的偏振态相同。

可以理解，在液晶偏振光栅组20包括两块以上的液晶偏振光栅的时候，其具体的控制方法可以参照前述方式一至方式五的描述，在此不再进一步地举例说明。

综上，通过调节液晶波片的电压可以调整线偏振光切换为无旋、左旋或右旋，通过调节液晶偏振光栅的电压可以调整出射的偏转角度以及使进入液晶偏振光栅组前后的光线的偏振态相同。

在一个实施例中，扫描结构的控制方法还可以包括步骤：

控制所述液晶偏振光栅组中液晶偏振光栅的数量以获取多个预设的偏转角度。

具体地，液晶偏振光栅组中液晶偏振光栅的数量可以通过人为增加或减少进行控制，还可以通过在既定的液晶偏振光栅个数下，通过改变各个液晶偏振光栅的输入电压，使其中的部分液晶偏振光栅中的液晶分子“站立”，即对光线无偏振作用，从而来组合获取多个预设的偏转角度。当通过人为增加或减少液晶偏振光栅的数量来获取多个预设的偏转角度时，具体的偏转角度的数量可通过如下公式获得：

其中，Z为液晶偏振光栅组中的液晶偏振光栅的组成片数。当Z为0时，也即是只有液晶波片10的情况时，只有一种出射角度，即直出射。

进一步地，为了获得更大的向上偏转角度，该步骤S20还可以以图9所示的方式实现，具体可以为：

通过控制液晶波片10的电压使得线偏振光切换成右旋圆偏振光，然后调节输入至液晶偏振光栅组20的电压，使液晶偏振光栅组20中的液晶偏振光栅同时“掉电”，这样就可以产生更大的向上偏转角度，也即是α2，α2＞α。

相应地，如图10所示，为了获得更大的向下偏转角度，可控制液晶波片10使入射的线偏振光切换成左旋圆偏振光，然后通过控制液晶偏振光栅组20中液晶偏振光栅的输入电压，使多片液晶偏振光栅同时工作在“掉电”状态，可获得更大的向下偏转角度，也即是γ2，γ2＞γ。

上述扫描结构的控制方法，通过改变液晶波片的输入电压，可将入射的线偏振光变为预设旋光方向的圆偏振光，通过调节液晶偏振光栅组中各个液晶偏振光栅的输入电压，可改变出射光的偏转角度，从而使本申请的扫描结构更易控制，且由于仅采用了常见的一些器件，所以整体上的成本较低，更具有竞争性。

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 (9)

1.一种扫描结构，其特征在于，所述扫描结构包括：

液晶波片，具有入光面和出光面，所述液晶波片用于改变入射光的旋光方向；

液晶偏振光栅组，设于所述出光面上，所述液晶偏振光栅组用于改变出射光线的偏转角度；其中，所述液晶偏振光栅组包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数，各所述液晶偏振光栅中的液晶分子呈正弦型周期排列以产生梯度相位，设于所述出光面上的液晶偏振光栅的液晶排列周期最大，各所述液晶偏振光栅的液晶排列周期依次递减，各所述偏振光栅被设置为在未加电压的状态下使入射至所述液晶偏振光栅组的光线，从入射端起发生偏转的角度依次递增；

其中，所述扫描结构用于根据液晶偏振光栅的盒厚将入射光划分为自然光、左旋偏振光和右旋偏振光三部分，并改变出射光线中左旋偏振光和右旋偏振光的偏转角度。

2.根据权利要求1所述的扫描结构，其特征在于，各所述液晶偏振光栅包括：相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板的内侧面设置有第一取向膜，所述第二基板的内侧面设置有第二取向膜，所述第一取向膜和所述第二取向膜之间设置有液晶层。

3.根据权利要求2所述的扫描结构，其特征在于，所述第一取向膜、第二取向膜采用全息照射法制备。

4.根据权利要求2所述的扫描结构，其特征在于，所述液晶层为向列相液晶、铁电液晶、反铁电液晶、亚铁电液晶或双频液晶中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的扫描结构，其特征在于，所述第一基板与所述第一取向膜相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃，所述第二基板与所述第二取向膜相对的一面镀有用于传导电压的导电玻璃。

6.根据权利要求1所述的扫描结构，其特征在于，各所述液晶偏振光栅中快轴与慢轴之间的相位差为（π/2）*N，N≥1且N为整数。

7.一种扫描结构的控制方法，其特征在于，所述扫描结构包括液晶波片和液晶偏振光栅组，所述液晶波片具有入光面和出光面，所述液晶波片用于改变入射光的旋光方向，液晶偏振光栅组设于所述出光面上，所述液晶偏振光栅组用于改变出射光线的偏转角度；其中，所述液晶偏振光栅组包括M片依次叠加设置的液晶偏振光栅，M≥2，且M为整数，各所述液晶偏振光栅中的液晶分子呈正弦型周期排列以产生梯度相位，设于所述出光面上的液晶偏振光栅的液晶排列周期最大，各所述液晶偏振光栅的液晶排列周期依次递减，各所述偏振光栅被设置为在未加电压的状态下使入射至所述液晶偏振光栅组的光线，从入射端起发生偏转的角度依次递增，其中，所述扫描结构用于根据液晶偏振光栅的盒厚将入射光划分为自然光、左旋偏振光和右旋偏振光三部分，并改变出射光线中左旋偏振光和右旋偏振光的偏转角度，所述控制方法包括：

提供一线偏振光、并使所述线偏振光以垂直于所述扫描结构的角度入射至所述扫描结构；

分别调节输出至所述液晶波片、所述液晶偏振光栅组的电压以使所述线偏振光以预设的偏振态和预设的偏转角度射出。

8.根据权利要求7所述的扫描结构的控制方法，其特征在于，所述分别调节输出至所述液晶波片、所述液晶偏振光栅组的电压以使所述线偏振光以预设的偏振态和预设的偏转角度射出的步骤，包括：

控制输入至所述液晶波片的电压以使所述线偏振光变为预设旋光方向的圆偏振光；

调节输入至所述液晶偏振光栅组中各液晶偏振光栅的电压以使入射至所述液晶偏振光栅组后的光线以预设的偏转角度射出；其中，入射至所述液晶偏振光栅组前后的光线的偏振态相同。

9.根据权利要求8所述的扫描结构的控制方法，其特征在于，还包括：

控制所述液晶偏振光栅组中液晶偏振光栅的数量以获取多个预设的偏转角度。

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