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TWI671915B - 光調制器及使用其之雷射雷達 - Google Patents

光調制器及使用其之雷射雷達 Download PDF

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TWI671915B
TWI671915B TW107136617A TW107136617A TWI671915B TW I671915 B TWI671915 B TW I671915B TW 107136617 A TW107136617 A TW 107136617A TW 107136617 A TW107136617 A TW 107136617A TW I671915 B TWI671915 B TW I671915B
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蕭雯心
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大陸商業成科技(成都)有限公司
大陸商業成光電(深圳)有限公司
英特盛科技股份有限公司
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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Abstract

本發明提供一種光調制器,包括:第一光調制部,所述第一光調制部包括第一基板以及設置於所述第一基板上之第一透明導電層及第一導熱層;第二光調制部,與所述第一光調制部相對設置,所述第二光調制部包括第二基板以及設置於所述第二基板上之第二透明導電層及第二導熱層,所述第二導熱層及所述第一導熱層用於將入射光經過所述光調制器時所產生之熱量導出;以及液晶層,所述液晶層設置於所述第一光調制部及所述第二光調制部之間,用於藉由液晶分子之偏轉對所述入射光進行調制。本發明提供之光調制器,避免了該熱量對液晶層產生影響,破壞液晶性質,有利於提高光調制器之性能穩定性。

Description

光調制器及使用其之雷射雷達
本發明涉及一種光調制器及使用其之雷射雷達。
雷射雷達已經成為無人駕駛不可或缺之關鍵傳感器。目前市面上可見之車載雷射雷達以機械式雷射雷達與固態雷射雷達為主,但均有光路調試困難、裝配複雜,生產週期長,成本居高等缺點。
是故,基於上述問題,目前新穎之固態雷射雷達多使用液晶光調制器對雷射雷達中之雷射光源發出之雷射進行調制。然,由於射入液晶光調制器之光為雷射,而該液晶光調制器中普遍於液晶層兩側配置氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)層,當液晶層被雷射照射時,會因ITO吸收雷射且玻璃散熱不良導致液晶層之局部區域熱量過高,損害液晶層中液晶分子之原有特性,從而對光調制器之功能產生影響。
本發明一方面提供一種光調制器,包括:第一光調制部,所述第一光調制部包括第一基板以及設置於所述第一基板上之第一透明導電層及第一導熱層;第二光調制部,與所述第一光調制部相對設置,所述第二光調制部包括第二基板以及設置於所述第二基板上之第二透明導電層及第二導熱層,所述第二導熱層及所述第一導熱層用於將入射光經過所述光調制器時所產生之熱量導出;以及液晶層,所述液晶層設置於所述第一光調制部及所述第二光調制部之間,用於藉由液晶分子之偏轉對所述入射光進行調制。
本發明另一方面提供一種雷射雷達,包括:雷射光源,用於發出雷射;以及 光調制器,設置於所述雷射光源發出之雷射之出射路徑上,所述光調制器為如請求項1-8任意一項所述之光調制器。
本實施例提供之光調制器,其藉由第一透明導電層及第二透明導電層,將第一透明導電層及第二透明導電層吸收之雷射之熱量散發出去,避免了該熱量對液晶層產生影響,破壞液晶層中液晶分子之性質,有利於提高光調制器之性能穩定性。
100‧‧‧光調制器
110‧‧‧第一光調制部
111‧‧‧第一基板
112‧‧‧第一透明導電層
113‧‧‧第一導熱層
1131‧‧‧第一孔洞
1132‧‧‧第一金屬層
1133‧‧‧第一陽極氧化物層
114‧‧‧第一定向膜
120‧‧‧第二光調制部
121‧‧‧第二基板
122‧‧‧第二透明導電層
123‧‧‧第二導熱層
1231‧‧‧第二孔洞
1232‧‧‧第二金屬層
1233‧‧‧第二陽極氧化物層
124‧‧‧第二定向膜
130‧‧‧液晶層
200‧‧‧雷射雷達
210‧‧‧雷射光源
圖1為本發明實施例提供之光調制器之立體示意圖。
圖2為本發明實施例一提供之光調制器之剖面示意圖。
圖3為本發明實施例提供之不同氧化電壓下第一孔洞及第二孔洞之狀態結構示意圖。
圖4為本發明實施例提供之不同電解液濃度下第一孔洞及第二孔洞之狀態結構示意圖。
圖5為本發明實施例提供之電流密度隨反應溫度變化之示意圖。
圖6為本發明實施例二提供之光調制器之剖面結構示意圖。
圖7為本發明實施例提供之雷射雷達之模塊示意圖。
實施例一
請參考圖1,本實施例提供之光調制器100,包括第一光調制部110、第二光調制部120及液晶層130。其中,第一光調制部110及第二光調制部120相對設置,該液晶層130設置於第一光調制部110及第二光調制部120之間。
如圖2所示,第一光調制部110包括第一基板111以及設置於第一基板111上之第一透明導電層112及第一導熱層113。
第一透明導電層112由透明之導電材料形成,於一實施例中,第一透明導電層112為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)。
如圖2所示,第一導熱層113包括第一金屬層1132及形成於第一金屬層1132上之第一陽極氧化物層1133。該第一陽極氧化物層1133由對金屬進行陽極氧化處理後形成。第一陽極氧化物層1133中形成有複數第一孔洞1131, 第一孔洞1131為金屬於陽極氧化之過程形成,其具體之形狀及孔徑與陽極氧化之工藝參數(例如氧化電壓、電解液濃度等)相關。第一孔洞1131使得第一陽極氧化物層1133具有較大之比表面積,故使得第一透明導電層112具有良好之散熱性能。所述金屬得為鋁,亦得為鋁合金、鎂鋁合金或者不銹鋼等得進行陽極氧化處理之金屬或合金。本實施例中,所述金屬為鋁,所述第一陽極氧化物層1133為鋁經陽極氧化處理後形成。
第一導熱層113形成於第一基板111之朝向第二光調制部120之表面上,第一透明導電層112直接形成於第一導熱層113遠離第一基板111之表面上,第一導熱層113之第一陽極氧化物層1133與第一透明導電層112直接接觸,以將第一透明導電層112上之熱量導出。
請繼續參考圖2,第二光調制部120包括第二基板121以及設置於第二基板121上之第二透明導電層122及第二導熱層123。
第二透明導電層122由透明之導電材料形成,於一實施例中,第二透明導電層122為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)。
如圖2所示,第二導熱層123包括第二金屬層1232及形成於第二金屬層1232上之第二陽極氧化物層1233。該第二陽極氧化物層1233由對金屬進行陽極氧化處理後形成。第二陽極氧化物層1233中形成有複數第二孔洞1231,第二孔洞1231為金屬於陽極氧化之過程形成,其具體之形狀及孔徑與陽極氧化之工藝參數(例如氧化電壓、電解液濃度等)相關。第二孔洞1231使得第二陽極氧化物層1233具有較大之比表面積,故使得第二透明導電層122具有良好之散熱性能。所述金屬得為鋁,亦得為鋁合金、鎂鋁合金或者不銹鋼等得進行陽極氧化處理之金屬或合金。本實施例中,所述金屬為鋁,所述第二陽極氧化物層1233為鋁經陽極氧化處理後形成。
第二導熱層123形成於第二基板121之朝向第一光調制部110之表面上,第二透明導電層122直接形成於第二導熱層123遠離第二基板121之表面上,第二導熱層123之第二陽極氧化物層1233與第二透明導電層122直接接觸,以將第二透明導電層122上之熱量導出。
於其他實施例中,當形成第一導熱層113之金屬於陽極氧化處理時被全部氧化,此時,第一導熱層113不包括第一金屬層1132,僅包括第一陽極氧化物層1133。同樣之,當形成第二導熱層123之金屬於陽極氧化處理時被全 部氧化,此時,第二導熱層123不包括第二金屬層1232,僅包括第二陽極氧化物層1233。
請參考圖2,於一實施例中,光調制器100還包括設置於第一透明導電層112及液晶層130之間之第一定向膜114及設置於第二透明導電層122及液晶層130之間第二定向膜124,第一定向膜114及第二定向膜124用於為液晶層130中之液晶分子定位一初始方向。
其中,第一定向膜114及第二定向膜124中摻雜有導熱粒子,於一實施例中,導熱粒子得為AlN(氮化鋁)、Graphene、BN等,則摻雜導熱粒子之後之第一定向膜114及第二定向膜124進一步提高了光調制器100之散熱性能。
可參考圖3~圖5,於一實施例中,可藉由調節對金屬鋁之氧化電壓、電解液濃度及反應溫度等條件來調節第一孔洞1131及第二孔洞1231之深度及直徑,其中,反應溫度主要為影響氧化過程中之電流密度。
圖3中為不同氧化電壓下形成之第一孔洞1131及第二孔洞1231之形態,其中,圖a、b、c、d中分別為電壓為20V、30V、40V、50V時形成之第一孔洞1131及第二孔洞1231之狀態。
圖4中為不同之電解液濃度下形成之第一孔洞1131及第二孔洞1231之形態,其中,圖a、b、c中所示分別為0.3摩爾每升、0.5莫爾毎升、及1莫爾毎升之草酸濃度時形成之第一孔洞1131及第二孔洞1231之狀態。
圖5中為電流密度隨著反應溫度之變化趨勢,其中橫坐標為反應溫度,縱坐標為電流密度,可見,當反應溫度於15~50℃之間時,電流密度隨著反應溫度之升高而變大。
本實施例中之光調制器100用於對入射光進行調制,該入射光從第一光調制部110入射,並從第二光調制部120出射。當第一導電層112及第二導電層122未被施加電壓時,液晶層130中之液晶分子位於初始方向,該初始方向藉由第一定向膜114及第二定向膜124之設置來確定。當第一導電層112及第二導電層122被施加電壓時,液晶層130中之液晶分子發生偏轉,則入射光經過液晶層130,從第二光調制部120出射時,其相位會發生變化,上述過程即完成了對入射光之調制。
本實施例提供之光調制器100,其藉由第一透明導電層112及第二透明導電層122,將第一透明導電層112及第二透明導電層122吸收之雷射之熱量散發出去,避免了該熱量對液晶層130產生影響,破壞液晶層130中液晶分子之性質,有利於提高光調制器100之性能穩定性。
實施例二
如圖6所示為本實施例提供之光調制器100,於本實施例中,只對與實施例一中之區別部分進行詳細描述,其他便不再贅述。
本實施例中之光調制器100,第一透明導電層112形成於第一基板111朝向第二光調制部120之表面,第一導熱層113直接形成於第一透明導電層112遠離第一基板111之表面,第一金屬層1132與第一透明導電112層直接接觸。
第二透明導電層122形成於第二基板121朝向第一光調制部110之表面,第二導熱層123直接形成於第二透明導電層122遠離第二基板121之表面,第二金屬層1232與第二透明導電層122直接接觸。
第一定向膜114設置於第一透明導電層112及液晶層130之間,第二定向膜124設置於第二透明導電層122及液晶層130之間,第一定向膜114及第二定向膜124用於為液晶層130中之液晶分子定位一初始方向。
對於光調制器100之工作原理,其與實施例一中相應之原理描述類似,此處便不再贅述。
應當理解,本實施例中之光調制器100,得實現如實施例一中所述之所有有益效果。
請參考圖7,本實施例還提供一種雷射雷達200,該雷射雷達包括雷射光源210及光調制器100,該雷射光源210發出之雷射經過光調制器100進行調制,調制後之雷射出射至目標物體並反射回雷射雷達200,可實現對目標物體進行測距,本實施例中之光調制器如上述。本實施例提供之雷射雷達200,得實現上述之光調制器100之所有有益效果。
以上所述僅為本發明之實施方式,並非限制本發明之專利範圍,凡為利用本發明說明書及圖式內容所作之等效結構或等效流程變換,或直接或間接運用於其他相關之技術領域,均同理包括於本發明之專利保護範圍內。

Claims (8)

  1. 一種光調制器,其改良在於,包括:第一光調制部,所述第一光調制部包括第一基板以及設置於所述第一基板上之第一透明導電層及第一導熱層;第二光調制部,與所述第一光調制部相對設置,所述第二光調制部包括第二基板以及設置於所述第二基板上之第二透明導電層及第二導熱層,所述第二導熱層及所述第一導熱層用於將入射光經過所述光調制器時所產生之熱量導出;以及液晶層,所述液晶層設置於所述第一光調制部及所述第二光調制部之間,用於藉由液晶分子之偏轉對所述入射光進行調制;所述第一導熱層包括第一金屬層及形成於該第一金屬層表面之第一陽極氧化物層;所述第二導熱層包括第二金屬層及形成於該第二金屬層表面之第二陽極氧化物層;所述第一陽極氧化物層上形成複數第一孔洞,所述第二陽極氧化物層上形成複數第二孔洞。
  2. 如請求項1所述之光調制器,其中,所述第一導熱層形成於所述第一基板朝向所述第二光調制部之表面,所述第一透明導電層形成於所述第一導熱層遠離所述第一基板之表面,所述第一陽極氧化物層與所述第一透明導電層直接接觸;所述第二導熱層形成於所述第二基板朝向所述第一光調制部之表面,所述第二透明導電層直接形成於所述第二導熱層遠離所述第二基板之表面,所述第二陽極氧化物層與所述第二透明導電層接觸。
  3. 如請求項2所述之光調制器,其中,每一個所述第一孔洞及每一個所述第二孔洞均具有一內壁;所述第一透明導電層還覆蓋所述第一陽極氧化物層上所有第一孔洞之內壁,所述第二透明導電層還覆蓋所述第二陽極氧化物層上所有第二孔洞之內壁。
  4. 如請求項1所述之光調制器,其中,所述第一透明導電層形成於所述第一基板朝向所述第二光調制部之表面,所述第一導熱層直接形成於所述第一透明導電層遠離所述第一基板之表面,所述第一金屬層與所述第一透明導電層直接接觸;所述第二透明導電層形成於所述第二基板朝向所述第一光調制部之表面,所述第二導熱層直接形成於所述第二透明導電層遠離所述第二基板之表面,所述第二金屬層與所述第二透明導電層直接接觸。
  5. 如請求項2所述之光調制器,其中,所述光調制器還包括:第一定向膜,所述第一定向膜設置於所述第一透明導電層及所述液晶層之間;以及第二定向膜,所述第二定向膜設置於所述第二透明導電層及所述液晶層之間;所述第一定向膜及所述第二定向膜用於為所述液晶分子定位一初始方向。
  6. 如請求項4所述之光調制器,其中,所述光調制器還包括:第一定向膜,所述第一定向膜設置於所述第一導熱層及所述液晶層之間;以及第二定向膜,所述第二定向膜設置於所述第二導熱層及所述液晶層之間;所述第一定向膜及所述第二定向膜用於為所述液晶分子定位一初始方向。
  7. 如請求項5或6所述之光調制器,其中,所述第一定向膜及所述第二定向膜中均摻雜有導熱粒子。
  8. 一種雷射雷達,其改良在於,包括:雷射光源,用於發出雷射;以及光調制器,設置於所述雷射光源發出之雷射之出射路徑上,所述光調制器為如請求項1-7任意一項所述之光調制器。
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