一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达制造技术

本实用新型专利技术属于激光雷达技术领域，公开了一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达，包括发射激光器、准直光学元件及透射式二维液晶阵列，所述发射激光器发出的探测光信号经所述准直光学元件入射至所述透射式二维液晶阵列；施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压可独立调节且呈周期性变化，可实现入射光束的快速扫描。由于位相变化周期的方向可以沿着二维液晶阵列平面的任意方向，出射光束可实现二维方向的任意扫描，不需要通过级联的方式来实现出射光束的二维扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达
本技术属于激光雷达
，具体涉及一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达。
技术介绍
激光雷达主要由激光信号发射部分、信号接收部分、信号处理控制部分及光束扫描部分等元件组成；其中，光束扫描部分的实现方式包括机械扫描方式和非机械扫描方式两种。非机械扫描方式，即固态扫描方式，无运动部件，具有极高的可靠性，且尺寸小、扫描频率高，代表着激光雷达的发展方向。固态激光雷达的实现方案主要有电光晶体驱动式、硅基波导驱动式或热驱动式等，但上述这些技术方案目前尚不成熟，还不具备工业化的条件，不能满足激光雷达快速发展的需求。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本技术目的在于提供一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达，该技术基于液晶对光位相的灵活调制，可实现激光探测光束的无运动部件扫描，且液晶技术是已经批量产业化的成熟产品，本技术具备产业化的基础。本技术所采用的技术方案为：一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达包括发射激光器、准直光学元件及透射式二维液晶阵列，所述发射激光器发出的探测光信号经所述准直光学元件入射至所述透射式二维液晶阵列；施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压可独立调节且呈周期性变化。进一步地，所述准直光学元件为发射透镜。进一步地，所述准直光学元件为非球面透镜。进一步地，所述透射式二维液晶阵列为位相调制型液晶阵列。进一步地，所述透射式二维液晶阵列的玻璃基板上设增透膜。本技术的有益效果为：在现有机械扫描方式的基础上，将机械扫描装置替换为透射式二维液晶阵列，该阵列的每个单元可以独立控制电压，并施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压变化图案呈周期性的电压变化图案，对应生成周期性的位相变化图案，当位相变化图案和透射式光栅的位相变化轮廓一致时，即可对入射光束产生偏转角度调制，且不同的位相变化周期对应不同的偏转角度，当位相变化周期快速变化时，偏转角度快速旋转，即可实现入射光束的快速扫描，由于位相变化周期的方向可以沿着二维液晶阵列平面的任意方向，出射光束可实现二维方向的任意扫描，不需要通过级联的方式来实现出射光束的二维扫描。附图说明图1为基于透射式二维液晶阵列的光束扫描原理示意图(此处略去接收部分)。图2为透射式二维液晶阵列的平面示意图(椭圆形区域为发射激光器的发射光斑)。图3为透射式二维液晶阵列的各像元位相恒定时的光线入射及出射方向示意图。图4为透射式二维液晶阵列的各像元位相变化周期大时的光线入射及出射方向示意图。图5为透射式二维液晶阵列的各像元位相变化周期小时的光线入射及出射方向示意图。图中：1-发射激光器；2-准直光学元件；3-透射式二维液晶阵列。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本技术作进一步阐述。如图1所示，本实施例的一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达包括发射激光器1、准直光学元件2及透射式二维液晶阵列3，所述发射激光器发出的探测光信号经所述准直光学元件入射至所述透射式二维液晶阵列；施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压可独立调节且呈周期性变化。可通过控制透射式二维液晶阵列的各像元之间的位相变化周期，来模拟透射式闪耀光栅的光束偏转效果；并通过改变位相变化周期的大小，来调节出射光束的偏转方向，即实现出射光束的二维方向扫描。图1为基于透射式二维液晶阵列的光束扫描原理示意图，为简略起见，且不影响阐述本技术的原理，此处略去激光雷达的接收部分原理示意图。发射激光器1发射出探测光信号，经准直光学元件2(准直光学元件具体为发射透镜，最好选用非球面透镜，可优化多波长分布引入的透镜像差)准直输出，入射到透射式二维液晶阵列3的表面，形成如图2所示的光斑入射平面效果图。入射光斑在二维平面上覆盖多个液晶阵列单元，因为每个液晶阵列单元可以独立控制调节电压，因此可通过调制各像元之上的电压值，来实现调制各液晶单元的功能。图3是所有液晶阵列单元施加相同电压时的效果图，此时所有的液晶阵列单元对入射光束的位相延迟值一样，不能起到位相周期调制的效果，出射光束沿着入射光束的方向继续输出，不发生角度偏转。如图4所示，当对透射式二维液晶阵列3施加周期性变化电压时，对入射光束的位相调制也呈周期性，产生如图2所示的出射光束偏转效果。周期性的位相分布调制效果类似于透射式闪耀光栅，位相变化周期的大小决定出射光束的偏转角度大小，如光栅衍射方程式(1)所示。其中，d为位相变化周期的大小，θ为光束入射角度，为光束出射角度，m为衍射级次，λ为激光器的发射波长。对公式(1)做一些简单的变换，得到式(2)，由式(2)可以看出，d当减小时，光束出射角度变大。因此，减小位相变化周期的值，可使光束出射角度变大，如图5所示。在进行出射光束扫描时，对透射式二维液晶阵列3进行周期性电压调制，生成周期性的位相变化图案，且该图案的周期变化值快速变化，即可实现光束的快速扫描。且透射式二维液晶阵列3的像元呈二维周期性分布，位相变化的周期可以沿着二维平面的任意方向，出射光束也可沿着二维方向实现快速扫描，不需要级联多个液晶阵列来实现多方向的光束扫描。在本实施例中，所述透射式二维液晶阵列优选为位相调制型液晶阵列，便于透射式二维液晶阵列的位相值随电压的改变而发生变化，且位相值和电压呈正比例关系。为了减小探测光束通过时的损耗，所述透射式二维液晶阵列的玻璃基板均需镀增透膜。总之，在现有机械扫描方式的基础上，将机械扫描装置替换为透射式二维液晶阵列，该阵列的每个单元可以独立控制电压，并施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压变化图案呈周期性的电压变化图案，对应生成周期性的位相变化图案，当位相变化图案和透射式光栅的位相变化轮廓一致时，即可对入射光束产生偏转角度调制，且不同的位相变化周期对应不同的偏转角度，当位相变化周期快速变化时，偏转角度快速旋转，即可实现入射光束的快速扫描，由于位相变化周期的方向可以沿着二维液晶阵列平面的任意方向，出射光束可实现二维方向的任意扫描，不需要通过级联的方式来实现出射光束的二维扫描。本技术不局限于上述可选实施方式，任何人在本技术的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本技术权利要求界定范围内的技术方案，均落在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达，其特征在于：包括发射激光器、准直光学元件及透射式二维液晶阵列，所述发射激光器发出的探测光信号经所述准直光学元件入射至所述透射式二维液晶阵列；施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压可独立调节且呈周期性变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达，其特征在于：包括发射激光器、准直光学元件及透射式二维液晶阵列，所述发射激光器发出的探测光信号经所述准直光学元件入射至所述透射式二维液晶阵列；施加在所述透射式二维液晶阵列的每个液晶阵列单元的电压可独立调节且呈周期性变化。2.根据权利要求1所述的基于透射式液晶技术的固态扫描激光雷达，其特征在于：所述准直光学元件为发射透...

【专利技术属性】
技术研发人员：张石，李亚锋，
申请(专利权)人：武汉煜炜光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42