CN1124512C

CN1124512C - 光束偏转器

Info

Publication number: CN1124512C
Application number: CN99811390A
Authority: CN
Inventors: 丁·M·埃; 加金德拉·D·萨文特
Original assignee: Physical Optics Corp
Current assignee: Physical Optics Corp
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2002523802A; US6169594B1; CA2341424C; WO2000011515A1; EP1105771A4; DE69915648D1; CN1320223A; EP1105771A1; CA2341424A1; KR20010072956A; EP1105771B1; KR100654004B1; TW432223B; DE69915648T2

Abstract

一束偏转器(40)包括一对配套的微棱镜阵列(42)和(48)，一个阵列由一种可变折射率的材料(48)构成，该材料的折射率可随调节施加的电压所调节的电场大小或强度而选择性地发生变化。该另一阵列(42)最好由具有恒定折射率的材料构成。在该可变折射率阵列的两侧都安置有一导电层(102、104和82)。最好在该阵列的前面和后面安置一面板(68和70)。两付阵列可以相互平行地安置，一般使它们的微棱镜垂直，从而形成一二维偏转器。为了实现响应时间快于100μs的偏转，每个棱镜都具有不大于大约20μm的高度和最好不大于大约100μm的宽度。最好是，每个棱镜的高小于大约15-10μm，以实现30μs或更快的响应时间。一种制作该偏转器的方法，包括利用直写式电子束蚀刻技术来制造母版，用来复制具有高度为10μm以下的阵列。一对偏转器可用来使光束发生二维偏转，并可用于扫描仪上。在光束为激光的情形，该偏转器就可用于激光成像雷达装置。一种这样的扫描仪和激光成像雷达装置提供了物体或区域的快速扫描，有利地是在扫描过程中毋需移动该偏转器。

Description

光束偏转器

技术领域

本发明涉及一种用来偏转电磁能量束的束偏转器，更具体地说是涉及：(1)一种包含至少一对配套的微棱镜阵列，这对阵列能选择地改变光束的角度以便用于对与该阵列分开的一物体发出的光束和对这种物体进行扫描；(2)一种制造该束偏转器的方法；(3)一种使用该束偏转器的能进行一维、二维、或三维扫描，以便用在，如象激光雷达或其它的扫描和成像应用方面的扫描仪。

背景技术

在过去，已经知道使用一微棱镜阵列来选择性地改变通过该阵列的光束的角度。一种这样的阵列被公开在下述论文中：free-space opticalinterconnections with liquid-crystal microprism arrays，Katsuhiko Hirabayashi，Tsuyoshi Yamamoto，and Masayasu Yamaguchi，Vol.34，No.14， Applied Optics，10 May 1995。但是，该公开的阵列的一个缺点是它使用了令人不满意的大的微棱镜，从而使得为了改变通过该阵列的光束的角度，该阵列所能发生的快速反应的速度受到了限制。而且，另一缺点是该公开的通过该阵列的光束具有的直径必须小于它的一个微棱镜的尺寸，其值大约为100微米，从而就限制了它在大面积无失真扫描方面的使用。再一缺点是，由于该阵列使用这样的大直径光束，其分辨率将是极差的，因而该阵列就不适合于用在成像或物体扫描上。因而，该公开的阵列对于商业应用，如所公开的光学互连和光学开关方面是不实用的，因为这些应用要求的开关速度都比该阵列所能提供的高得多。由于该阵列的开关速度相当缓慢以及由于相当大尺寸，即间距、所用的微棱镜相当大等所引起的低劣的分辨率，因而就不可能将该阵列用于下述扫描应用上：(1)用该光束扫描远离该阵列的物体的情形；或(2)扫描由远离该阵列的物体或光源发出的光的情形。

在过去，扫描仪都是用一些反射镜和马达所组成，该马达能使该反射镜快速而精确移动或振动以便将由光源发出的光束定位。但是，因为每个运动物体的惯性可使扫描减慢，因而这样的机械系统具有的扫描速度就会比希望的扫描速度小。

新近，对于快速扫描和操纵光能束的需要，典型地说来自激光器的光束，已导致了具有小的转动和平移惯性的光学系统的发展，这种小的惯性是由于使机械部件的运动处于最低程度的结果。这些发展的例子包括：基于集成电路技术的可变形的反射镜阵列(deformable mirror array)、基于一对互补的微透镜阵列机械运动的双光学微透镜阵列概念、基于使用液晶相位光栅衍射的液晶扫描仪、以及基于全息干板的锥形光束扫描仪(conicalbeam scanner)和集光器(collector)。

遗憾的是，所有这些发展都有一些缺陷和局限。例如该可变形反射镜扫描仪制造费用昂贵，而且限于小孔径和低扫描速度，同时更糟的也许是，它只能进行一维扫描。该微透镜阵列要求一特殊的非球面结构和非平面运动来获得可接受的光束准直性能。此外，该微透镜阵列还要求复杂的高电压和庞大的压电机械驱动装置来进行非平面运动，而且该阵列还限于相当缓慢的千赫兹的扫描速度。该液晶衍射光束偏转器最好也只不过是实验性的，而且具有很小的衍射角、低于最佳值的衍射效率，和很大的噪音。最近，转动的全息光学元件或干板(plate)也不理想地被局限于一个方向的圆锥形扫描，就像该光束仅只沿一圆锥的表面发出一样，因而这要求在一平面内转动该全息光学元件。

发明内容

所需要的是一种能有效地改变光的方向而毋需移动该设备的装置。还需要一种能改变有具有大直径的物体发出的光束的方向而不会充分快地使该光束失真的微透镜阵列以便适合商业应用。还需要一种光束偏转器，该偏转器能用在既可扫描由光源发出的光也可扫描从物体接收的光的扫描仪中。再需要的是一种微棱镜阵列，它适合用在使用光源的光扫描远离该阵列放置的一物体或一系列物体的扫描仪中。另外还需要的是一种可用于在能进行二维扫描或三维扫描的微棱镜阵列。另外还需要一种没有运动部件而且能用来扫描形貌、图像、网膜、以及任何其它能被扫描的物体或形迹(indicia)的扫描仪。

一光束偏转器由一对配套的棱镜阵列构成，其中的一阵列由具有基本保持不变的折射率的材料制成，而另一阵列则由其折射率能被选择地改变的材料制成。在操作过程中，将一场，既可是电场，也可是磁场，选择性地施加在折射率可变的材料上来控制在光束通过该光束偏转器时光束的偏转角度。该场强，通量或通量密度，都由在光束偏转器的电极上选择性地施加电压来控制。该场的通量线一般最好平行于可变折射率的棱镜长度方向延伸。在运行期间该光束偏转器最好不动。

每个阵列都包括一具有一高度、一宽度和一不是比其高就是比其宽长的长度。每个棱镜最好具有一包含直角的一般三角形横截面。每个棱镜都具有一面对进入光束安置的面、一个在光束通过该棱镜后光束从它射出的面、以及一侧壁面。为了快速响应场的存在与否或该场的变化，该可变折射率棱镜具有的高度应不大于大约20μm，以便构成一能在大约100μs内响应的微棱镜。在其它的优选实施例中，为了使其响应可快到大约30μs或更快，优选的棱镜高度小于15μm，最好是小于10μm。该可变折射率棱镜还具有一在大约10°和60°之间的顶角，而且该棱镜可使折射率达到0.15-0.3之多，典型地大约为0.2，以便使该光束偏转的角度大到30°或更大。最好是，该折射率是可选择性地变化的，以便该光束能在大约0.5毫弧度的角分辩率之内精确地偏转。由于该可变折射率棱镜的折射率是可选择性地变化的，因而它就能与折射率恒定不变的棱镜的折射率匹配，使得在光束通过时该光束不发生偏转。每个可变折射率的棱镜最好是用液晶材料制作，这液晶材料是向列液晶材料，或最好采用铁电液晶材料。

最好是，每阵列都由很多微棱镜对构成，一个阵列的微棱镜安放在另一阵列的两相邻棱镜的空缺之间，使得两该配套好的阵列最好具有一般的矩形横截面。由可变折射率的微棱镜组成的该阵列被这样放置，使得光束通过它后再通过由折射率恒定的微棱镜组成的阵列。

匹配好的两阵列最好安放在一对平面板之间，而且在该可变折射率棱镜的每侧还有一导电层，这样就构成一格栅或栅格装置(cell or panelassembly)，它可起着能在一个方向上使光偏转的光束偏转器的作用。最好在该面板之间安放一衬垫，并使其扩延到该两阵列的周边附近。每个面板和每个导电材料层对于该光束的波长至少在光学上是局部透明的，以便当光束通过时使该光束的吸收减少到最小。每个面板还可用作一个该微棱镜阵列附着其上的基底。

如果需要，在该两微棱镜之间还可安放一个导电层。这样的安置能较好地通过每个可变折射率微棱镜提供一非均匀场，以便有效地增大棱镜的顶角，从而增大偏转的最大角度。

在另一优选实施例中，一可变折射率的微棱镜阵列可以被夹在一对折射率恒定的微棱镜之间来使该可变折射率微棱镜的最大顶角增大。如果需要，该可变折射率棱镜阵列可以是一对由该棱镜组成的这样的联合阵列，以便使得它的每个棱镜都具有一等角或等边的三角形横截面。

最好在邻近该可变折射率微棱镜阵列的平板和该可变折射率微棱镜阵列之间安放一调整层(alignment layer)，该棱镜阵列可经受平行或垂直于这些微棱镜长度方向的研磨，以便将该可变折射率的微棱镜的分子排列在希望的方向上。而且，为了排列这些分子，每个紧邻该可变折射率微棱镜安放的折射率恒定的微棱镜的面也可经受平行或垂直于该微棱镜长度方向的研磨。

为了将衍射噪音减至最小，最好是避免这种噪音，将一正微透镜阵列安放在栅格装置的前面，而将一负的微透镜阵列安放在该栅格装置的后面。在另一优选实施例中，该负的微透镜阵列可安放在该正的微透镜阵列和该栅格装置之间。在又一优选实施例中，该棱镜的宽度可按非周期的重复序列这样变化，使得单一序列的宽度之和大于该光束的波长。最好，该宽度的和至少是大约该光束波长的100倍。

为了将该栅格装置的温度保持在希望的范围内，可使用一温度控制装置。一个这样的装置可包括一能根据检测的温度加热该栅格装置以便将它保持在希望的温度范围内的加热器。另一个这样的装置是根据检测的温度来控制电压，以便对由于温度所引起的任何折射率的变化进行补偿。

在制作该格栅或栅格装置的过程中，可利用光束蝕刻沉积在该母版的基片上的耐蚀材料以产生所希望的三维母版型面(master profile)的方法来制备用于复制微棱镜阵列之一，最好是复制折射率恒定的微棱镜阵列的母版。该光束最好是一离子束，因为离子束能在该耐蝕材料中蝕刻出具有足够小高度的凹陷，它小到足以产生所需的充分小的能达到所希望的快速响应时间的微棱镜。耐蝕材料最好是在束轰击时能被刻蝕掉的耐离子束(ion-beam resist)或耐电子束材料(e-beam resist)，如象聚甲基丙烯酸甲酯。最好，该母版是用直写式的电子束蚀刻技术(electron beam lithography)来制作，该电子束以一理想的强度选择性地照射该耐蝕薄层足够的时间，就可产生出与企图复制的微棱镜阵列互补的三维型面。该母版可用来制作可联合在一起的子母版(submaster)，以便构成一更大的母版，该子母版也作为母版用于复制微棱镜阵列。

在复制该折射率恒定的微棱镜阵列过程中，可在面板和母版之间滴一滴可硬化材料。该可硬化材料就可流进上述在该母版中形成的在隆起之间的凹陷中，直到它基本覆盖该母版的整个外表面，并与该面板或该面板上的薄层接触。然后使该可硬化材料固化，最好用施加紫外光照射或其它的固化方法来实现。光学环氧树脂等都是优选的硬化材料。

将形成的该微棱镜阵列与放置在该阵列上的另一面板一起放进真空炉中，利用真空来将可变折射率材料汲取在形成的微棱镜阵列和该另一面板之间。这可变的折射率材料最好是呈液体或可流动的形态。最好用真空来将可变折射率材料汲取在该另一面板和所形成的微棱镜阵列之间的封口中间。之后，先将折射率恒定不变的材料在希望的温度上加热，然后才将真空撤去以取出制作完成的栅格装置。

可用两个栅格装置来构造一二维的束偏转器，将它们这样取向，使得(1)一个栅格装置的折射率恒定的棱镜大体上垂直于另一栅格装置的折射率恒定的棱镜；(2)一个栅格装置的可变折射率的棱镜大体上垂直于另一栅格装置的可变折射率的棱镜。将最好是一正交排列的绞扭向列液晶板的偏振片安置于两栅格装置之间。该偏振片最好是相对于一个或两个栅格装置正交排列。

可以利用数字控制电路来控制两栅格装置，以便使该光束在两个方向或维度上扫描，使得该二维光束偏转器可以构成二维扫描仪的一部件。这样的控制电路最好包括一计算机，并带有与使用至少一个对照表相适配的软件，该对照表向一对驱动装置提供数据，这样一个驱动装置就会向需要使光束向一方向偏转一希望角度的一个栅格装置输出电压，而另一驱动装置就会向需要使光束向另一方向偏转一希望角度的另一个栅格装置输出电压。

在一个优选扫描装置中，光束发射体发出一光束，使该光束通过该光束偏转器来使该光束在与该偏转器有一距离的物体上扫描。从该物体反射的一个或多个光束可朝反方向通过该偏转器，在这里，这些光束被一检测器接收，该检测器最好将这些反射光束加工成能被，例如计算机之类分析的信号。

例如，在束偏转器是一二维束偏转器的情形，可以使该束在该物体上和一围绕该物体的区域内进行垂直和水平扫描。这样，在该束为激光光束的情形，该束偏转器就可用作激光雷达扫描仪的部件来扫描地貌。

最好是，该二维束偏转器能至少扫描30°×30°的可视域(field ofregard)且不慢于100μs，同时在扫描过程中该偏转器都不会移动。因此，最好是，该扫描仪能以至少大约10千赫的帧频速度重复地扫描一在可视域内的区域。

本发明的束偏转器的目的、特点和优点包括：它具有不使用活动部件的全固态结构；在运行中它不需要移动，因而，有利的是不需要进行周期性的重新调整；它能在快达30μs或更短的时间内使光束相对于它的输入方向偏转30°或更大的角度；它的重量很轻；它能在户外和极端环境中运作；它具有小巧、轻便、模块化的、整体、单件和一体化结构；它能构成一维、二维、和三维扫描仪；它是多用途和坚固的(rugged)；以及能快速和廉价地制造，并能大量成批生产。

本发明的其它目的、特点和优点对于业内人士来说将会从详细说明和附图一目了然。但是，应该明白，该详细说明和附图尽管表述的是本发明的一些优选实施例，而却是用例证给出的并没有什么限制。在本发明的范围内还可以作很多的变化和改进而并不背离本发明的精神，因而本发明应包括所有的这些改进。

附图说明

在附图中至少图示出了本发明的一个优选的示范性实施例，在这些附图中相同标号始终代表相同部件，其中：

图1图示出本发明的做成正方形或矩形的光束偏转器的前视图；

图2画出了一维光束偏转器的格栅或栅格装置的侧横截面视图，该装置由一与可变折射率材料的棱镜阵列配套的微棱镜阵列构成，前者在电磁能束通过该栅格装置时用来选择性地使该能束发生偏转；

图3画出了该栅格装置的后半部分；

图4画出了该栅格装置的前半部分；

图5图示出一个优选光束偏转器的栅格装置的横截面视图；

图6图示出另一个优选光束偏转器的栅格装置的横截面视图；

图7是一表示通过一栅格装置的光束的偏转角度与施加在该栅格装置上的电压的关系曲线；

图8是又一个优选光束偏转器的栅格装置的横截面视图；

图9图示出该栅格装置的一个优选的温度补偿装置；

图10画出了使用一对微透镜阵列来减小或避免由通过该光束偏转器的光束产生的衍射噪音的情形；

图11画出了第二个减小或避免光束衍射噪音的优选微透镜阵列装置；

图12画出了一优选的光束偏转器栅格装置，其中各组棱镜的宽度在一重复的非周期排列中都是不同的，以便减小或最好全部消除光束的衍射噪音；

图13画出了在存在和不存在由选择性地施加在该棱镜上的电压所提供的电场或磁场时，单个可变折射率材料棱镜的工作情形；

图14图示出了制作母版的第一步，该母版在以后可用于直接复制微棱镜阵列或用来再制备一些复制微棱镜阵列用的母版；

图15图示出了制备母版的第二步，它是在用光蝕刻了由基片携带的光敏材料之后进行的，这是为了形成基本与所希望的微棱镜阵列的形状互补的凸起和凹陷；

图16表示一制备该微棱镜阵列的模铸步骤，在这一步，是在其上模铸的基片和母版之间提供一种液体的可硬化的材料；

图17图示出了一固化步骤，在这一步，是通过光的照射来使该可硬化的材料固化；

图18图示出了模铸和固化后的该微棱镜阵列；

图19图示出了制作由可变折射率材料构成的微棱镜阵列的一准备步骤；

图20和图21图示出了按第一优选方式研磨以形成平行的或π形栅元的栅格装置(π-cell panel assembly)的情形；

图22图示出了按第二优选方式研磨以形成反向平行栅格的栅格装置的情形；

图23图示出了按第三优选方式研磨以形成正交栅格的栅格装置(crossedcell panel assembly)的情形；(从图看这似乎与图22搞反了—译者)；

图24图示出了由可变折射率材料构成的棱镜阵列在真空炉中的形成情形；

图25图示出了由一对正交的栅格装置构成的二维光束偏转器；

图26图示出了将多对光束向Y-方向偏转的二维光束偏转器运作的情形；

图27画出了将多对光束向X-方向偏转的二维光束偏转器运作的情形；

图28图示出了用来控制该二维光束偏转器运作的控制原理图；

图29图示出了用来控制该二维光束偏转器运作的控制器的一个优选数字电路原理的框图；

图30图示出了一利用该二维光束偏转器的示范性二维扫描仪装置；

图31画出了使用该二维光束偏转器的激光成像雷达装置；

图32画出了安装在火箭或导弹上可用于，例如，自动寻的弹头或目标捕获方面的激光成像雷达装置。

具体实施方式

图1和图2图示出了本发明的一光束偏转器40，它包括很多安置在一阵列44中的棱镜42，该阵列最好够成一栅格或栅格装置46的部件。参看图2，至少覆盖每个棱镜42的一部分的材料是可使其折射率n选择性地发生改变或变化的材料48，因而在电磁辐射束50，最好是光束通过该栅格装置时，其偏转或扫描角度α会随施加在该材料48上的控制电压而改变。在它的优选实施例中，该折射率可变的材料48被这样构成，使得通过它和至少一个棱镜42的光束50偏转一个角度α，这个偏转角度取决于，至少是部分地取决于施加电压的大小。在其优选实施例中，该折射率可变的材料48将以很多对棱镜48的形式被安装，这些棱镜48的每一个都与一个棱镜42配准并安放在棱镜42的前面。

本发明的光束偏转器40尤其很适合于下述的应用场合：要求能快速改变入射光束50的角度α，使得从施加希望的电势到达到希望的角度α为止的响应时间不慢于大约100μs的场合。最好是，该偏转器40的响应时间或开关速度至少快到45μs或更快。

在使用单个栅格装置46的情形，每对棱镜42和48合作，以便可控地使入射光束50朝一般与栅格装置46垂直的方向折射，使得在出射光束50’离开该栅格装置46时偏转角α相对于入射光束50的角度来说是在从锐角-0°的范围变化。例如，参看图2，当光束50被可控折射时，每对棱镜42和48就将光束50向Y方向折射。

为了在光束接近该栅格装置46时该入射光束50一般都与栅格装置46垂直，该光束50必须用一偏振器起偏，该偏振器在图2中示意地表示在标号51处，在光学上它是被安放在产生光束50的光源(未画出)和该栅格装置46之间。偏振器51最好是用在光束50入射在棱镜42或48的地方。

该束的束源最好产生电磁能束50。最好是，该束源产生一波长尽可能在0.3微米(μm)到大约30μm范围内的光束50。该束源最好产生一从该束源发出的最好是激光之类的相干光。在相干光垂直地聚焦在该栅格装置46的情形，就不需使用偏振器51。该束源也可提供非相干的光束50。

参看图25-27，在两个这样的栅格装置46a和46b彼此重叠的情形中，该栅格装置46a和46b可形成一二维偏转器52的部件，用来选择性地使光束50发生二维折射，以便用来扫描一放置在与该偏转器52有一段距离处的物体。由于它的有利的快速的开关速度，因此扫描仪装置至少可由一个栅格装置46构成，最好是由一对栅格装置46a和46b来构成，而且该扫描仪装置很适于用在要求高速扫描的应用方面。这些应用的例子包括：测距仪、显示器、打印机、刻板机、复印机、机械视觉、附近车辆检测系统、环境检测系统、以及激光雷达(LADARS)之类的成像雷达。II.一维光束偏转器

每块棱镜42最好都是一折射率恒定的棱镜42，它构成该后面阵列44的一单列，而且最好从该栅格装置46的一侧伸到另一侧。一单个的栅格偏转器(panel deflector)40最好仅具有一单行的与一单行的可变折射率棱镜48配套的恒定折射率的棱镜42。当然，虽然在图1中所示的栅格装置46的棱镜42和48都是水平的，但它们也可取非水平的方向。

如图2所示，该栅格装置46的每两个配套的棱镜42和48都具有一通常的矩形横截面。该栅格装置46包括前一面板68和一后面板70，这两面板被棱镜42和48隔开。参看图3和4，各面板68和70分别都有一向着入射光束50放置的前表面72和74和一向着背向入射光束方向放置的后表面76和78。每块面板68和70最好是由透明玻璃构造，但如果需要，也可用合适的聚合物构造。其它的合适的面板材料的例子包括石英晶体、.硼硅玻璃、透红外的窗口、聚碳酸酯、聚丙烯、以及其它的最好是至少对该光束50的波长有些透明的材料。

每块棱镜42最好都是用一种折射率基本恒定的，而且在具有高的表面品质和良好的光学品质，因而具有良好的透光性和最低的散射损失时，又能适合用作光学棱镜的材料构成。在一优选的棱镜实施例中，该棱镜42是由聚合物，最好是环氧树脂构成的。一种这样合适的环氧树脂是由新泽西州北不伦瑞克市的Norland Products，Inc.公司制造和经销的NOV72型环氧树脂，例如这材料具有例如下表列出的合适性能：

粘滞性 155cps

折射率 1.56

硬度肖氏硬度75

在1Mhz时的介电常数 3.98

介电强度(V/mil) 456

在1Mhz时的损耗矢量 0.0351

体电阻(Ω/cm) 7.37×10¹⁴

表面电阻(Ω) 3.73×10¹²

表1最好是，该棱镜材料能起电绝缘体的作用，阻止电子流过每块折射率恒定的棱镜42。其它的材料也可能是合适的。例如，另一种聚合物、粘结剂、光学粘结剂、或环氧树脂类也可使用。另外，例如，玻璃、石英、熔炼二氧化硅、透红外的窗口、聚碳酸酯、或聚丙烯也可使用。

参看图3，该阵列44的每块棱镜42最好具有同样的横截面形状。每块棱镜42具有多边形的横截面，它最好是通常的矩形。每块棱镜42具有：一接受光束的面56，它最好基本是平面并相对于入射光束50有一夹角；一基本上是平的光束出射面58，该光束从它离开该棱镜42，该出射面最好相对于入射光束50是垂直放置的；以及一个侧壁面60，它通常最好与光束出射面58垂直。

每块棱镜42都有一顶点62处于光束接收面56与侧壁面60相交的地方，在图1中它表现为一线62。如图1所示，每条顶点线62都是一个棱镜42与邻近棱镜42的分界线。每块棱镜还具有一对角顶64和66，这两角顶彼此间和与顶点62之间都是分开的。角顶66是由侧壁面60和光束出射面58相交形成的。如图3所示，一个棱镜42的下角顶64最好是紧邻或连接紧邻棱镜42的上角顶66。

每块棱镜42都有一顶角φ，它对于后阵列44的所有的棱镜42而言最好都基本相同。在一优选实施例中，该顶角φ大约为57°。在另一优选实施例中，这φ大约为45°。φ的选择最好是取决于一个或多个因素，如最大的希望角α_max、能使光束折射通过的该装置46、扫描或开关速度、每块棱镜42和48的尺寸、以及其它的或许可能的因素。φ的选择最好是根据例行实验和关于这些因素的优选结果以及该光束偏转器40的应用场合来决定。

该后面板70形成一片携带每块棱镜42的基片。最好是，每块棱镜42的光束出射面58用粘结剂固定在该面板70的前表面74上。如图2所示，一调整层80被置于该棱镜42的前表面56和它的光束出射面58上。该调整层80最好能有助于将该折射率起变化的材料48的分子沿一特定方向排列，最好沿该棱镜42的长度方向排列。该调整层80最好是由聚酰胺或聚乙烯醇(PVA)构成的一薄层。

在每块棱镜42的光束出射面58和该后面板70的前表面74之间还放置有一导电层82。该导电层82在光学上基本透明的同时，最好还是由电子能够流动的材料构成。最好这种导电材料具有这样的厚度，以便使得通过它的光吸收得最少。一种合用的材料是氧化锡铟(ITO)。

该导电层82至少与一个电极或接线端子84相连接(图1)，而该电极又与一电势源，即用V表示的电压源相连。在运作期间该电压源V和导电层82被用来产生一用来选择性地控制一个或多个棱镜48的折射率的电场。最好施加在给定阵列88的所有棱镜48上的电场通量或通量密度都是大约相同的。在施加电压时，施加在给定阵列88的所有棱镜48附近的电压最好都是相同的。

参看图4 ，还将可变折射率棱镜48安装于放置在后阵列44前面的阵列88中，而且在光学上連接在后阵列44和光束束源之间，使得从该束源发出或产生的光束50将首先通过前阵列88的至少一个棱镜48，然后再通过后阵列44的至少一个棱镜42。

如前所述，每个棱镜48都是由折射率n可选择性改变的材料制作，以便当光束通过该棱镜48和42时能选择性地控制光束折射或偏转的角度。最好是，每块棱镜48都由折射率能随存在的电场而选择性地变化的液晶来制作。在制作液晶材料的棱镜48时，研磨方向(rubbing direction)可以是平行的(π型栅元)、反向平行、或正交的。

某些合适的可变折射率的液晶材料及其一些性能列表于下：

η1(mPa s)(@20 k₁₁(×10^-12N) Δn n_e Δε

℃)

E7 269.0 11.1^* 0.2253 1.7460 13.8

K15 58.0 12.0 0.212 1.7420 20.1ZLi1565 131.5 14.4^* 0.1317 1.6237 7.0EDH-E44 0325.3^* 15.5 0.2627 1.7904 16.8

表2

注：上表中所列的带*号之值为外推值。

其中，

η是该可变折射率材料分子的转动粘滞系数；

k₁₁是该可变折射率材料的弯曲弹性常数；

Δn是该可变折射率材料折射率n的最大变化；

n_e是在不施加电磁场时，也就是该液晶处于“不工作”状态时，该材料的折射率；

Δε是可变折射率材料的介电常数。所有这些可变折射率的液晶材料都可从纽约Hawthorne的E.M.Industries公司买到。

其它合适的液晶材料也可使用，只要该材料的分子容易随下列情况的发生而均匀又快速地排列：(1)电场的存在，即接通电场，(2)没有电场，即关闭电场，以及(3)改变电场的大小，通量或通量密度，也就是快速改变α。例如，可以使用具有希望特性的向列、铁电、以及非铁电的液晶材料。合适的材料最好可在不大于大约100μs的时间内开启和关闭，从施加希望的电位到达到希望的偏转角。最好，该材料的响应时间或开关速度至少应快到45μs以下。如果希望，也可施加磁场来选择性地控制用在棱镜48上的液晶的折射率。为了取得更快的响应时间，最好使用铁电液晶材料。

参看上述之表2，在可变折射率材料为液晶材料的情形，该液晶材料对于电场或磁场存在的响应能力用其上升时间，T_r来度量，该液晶材料对于撤除电场或磁场的响应能力用其弛豫时间T_d来度量。这样，所选的每块棱镜48的液晶材料在不施加电场或磁场的关闭状态必须容易均匀排列。另外，该液晶材料在其分子取向或排列方面必须是很确定的。上升时间T_r和弛豫时间T_d可用下述方程表示：

T_{r} = C_{1} \frac{{ηd}^{2}}{ϵ_{0} Δϵ V^{2}}

T_{d} = C_{2} \frac{{ηd}^{2}}{k_{11} π}

其中

C₁和C₂都是取决于液晶材料的特定类型的常数；

D是液晶栅元(liquid crystal cell)的厚度，也就是棱镜48的厚度；从上述两方程式所表明的关系，很明显，T_r和T_d是与η和d²成正比，而T_r和T_d分别与Δε和k₁₁成反比。因而选择具有低η、大Δε和大的k₁₁，同时将配套的阵列44和88的横截面厚度做得尽可能薄，对于实现此处引述的希望的快速响应时间和开关速度都将是可取和十分重要的。对于合适的液晶材料来说，最好是，η不大于大约300mpa s，Δε不小于大约20，以及k₁₁不小于大约10×10^-12N。

该阵列88的每块棱镜48最好具有一基本共同的横截面形状，最好是通常的三角形。每块棱镜48都具有一光束接受面90，它最好放置成基本与入射光束50垂直或正交。该光束出射面92放置成与该光束接受面90成一锐角，而且与入射光束50的方向有一角度。该侧壁面94一般与入射光束50的方向平行。

每块棱镜48都具有一顶点96，它是由侧壁面94和光束出射面92相交形成的。光束接受面90与光束出射面92之间相交形成另一顶点98，而光束接受面90与侧壁面94之间相交又形成另一顶角100。

前面板68形成一携带每块棱镜48的基片。最好是，每块棱镜48的光束接受面被固定在该面板68的后表面76上。又如图2所示，在每块棱镜48的光束接受面90和该面板68的后表面76之间安放有一导电层102。最好是，该导电层102与导电层82是相同或基本相同的。将该导电层102与电极或接线端子86电连接(图1)，该电极又与电压源V电连接。

参看图2-4，当将两阵列44和88装配在一起时，最好有一调整层104安置在每块棱镜的光束出射面92与每块棱镜42的光束接受面56之间。该调整层104最好与层80相同或基本相同。

图5画出了另一优选的栅格结构(panel congiguration)。图5与图2相似，只是图5中在每个面板68和70之间还有一垫片105。该垫片105最好是安放在该棱镜阵列42和48的周边附近，而且最好是用弹性薄膜，如DuPont MYLAR之类薄膜制作。又如图5所示，阵列44的棱镜42是从基底部分45向上伸出的。另外，在图5中，该调整层80是安放在棱镜阵列88的前面而不是后面。

图6画出了又一个优选的栅格结构。如图6所示，在紧邻的两棱镜42和48之间还可安放另一导电层106。在图3中也以虚线表示的该导电层106覆盖在棱镜42的光束接受面56上而不是在面58和74之间的层82上。一种这样的层106最好有助于保持该光束50的分布形状，其方法是产生一横过紧邻的可变折射率棱镜48的非均匀场来防止在其通过栅格装置46时该光束50的汇聚或发散。这样的层106最好用ITO制作，并最好还能产生双折射，Δn，以便更均匀地横穿整个由棱镜48组成的阵列88。

在每块棱镜42的面56上提供的导电材料层106还能在图2和图5所示的整个栅格(panel)范围上使最大偏转角α_max，增大。这是因为在每块棱镜48的顶尖98(图4)附近的电场强度比其基底94附近大，因而引起每块棱镜48的有效折射率变化在基底94附近比在顶尖98附近大。因而使每块棱镜48的有效顶角增大，也就是使光程增加，使得它的表现犹如它的顶角φ比实际的顶角大的情形一样，因此对于一给定的顶角σ来说，当与图2和图5所示的栅格相比起来它就会产生一较大的最大偏转角α_max。最好是，σ和φ基本上是相同的。

当将两阵列44和88装配在一起时，前阵列88的每块棱镜48基本上是被容纳在紧位于每块棱镜42前面的呈通常三角形横截面的一互补的空缺中。最好是，将该调整层104安放于它们之间，这也有助于使它们保持在一起。象这样，该调整层104最好用作一种粘结剂，它将每块棱镜48的光束出射面92与紧邻和面对该特定棱镜48的棱镜42的光束接受面56连接起来。当装配在一起时，该配套的阵列44和88就形成一通常的矩形横截面的棱镜组合(prismatic assembly)。

为了增大响应和开关速度，该棱镜42和48中的每一块都是相当小的。该棱镜42和48中的每一块都具有一间距(pitch)，p，它代表该棱镜的高度、深度或厚度。每块棱镜42和48都具有一不大于大约20μm的高度p，因而它们每个都是微棱镜。由于液晶棱镜48的关闭速度，也就是返回它关闭时的折射率n_e的速度，随它的厚度增大而减小，因此最好能将每块棱镜48和42的厚度减至最小。为了达到小于大约100μs的理想的快速响应时间，每块棱镜42和48都有一不大于大约20μm的高度p。最好每块棱镜的高度p小于大约15μm，而且为了更进一步减小响应时间，取值为大约10μm或更小。为了更进一步减小关闭时间(turn-offtime)，在该棱镜48用可变折射率液晶材料制作的情形，在制作时研磨是在平行方向进行的，以便在制作完成时形成一具有π-型栅元结构(π-cellconstrution)的栅格装置46。

每块棱镜42的高度p最好对于阵列44的所有棱镜42基本都是相同的。同样，每块棱镜48的高度p最好对于阵列88的所有棱镜48也基本都是相同的。虽然每块棱镜42的高度P可不同于每块棱镜48的高度P，但最好是差不多一样的。因为每块棱镜42和48优选地是具有一直角三角形的横截面，所以两棱镜42和48的高度P最好与该棱镜42和48的侧壁面60和94的长度相同。

每块棱镜42和48的宽度W最好不大于大约100μm。在一个优选实施例中，该棱镜的宽度W为大约30μm，如果希望，还可更窄。

该电压源V是一可变电压的电压源，它能按某种方式改变施加在电极84和86上的电压，以便改变每块可变折射率棱镜48的折射率n。最好，该电压源V是一能较好地输出方波的交变电流源。最好，施加在电极84和86上的电压可选择性地在0-10伏之间变化。根据棱镜的厚度，该电压还可更高。例如，对于大于20μm的棱镜厚度来说，该电压可比10伏更高。

该电压源V可与其它的模拟或数字电路连接，这些电路是用来选择性地控制该电压源V应给每电极提供多大的电压。例如，为了精确地控制光束50的折射角，就可使用数字电路与计算机程序一道来控制所应施加的电压。这样的计算机程序可访问一对照表或函数，如能将棱镜48的很多折射率与产生希望的折射率所需要的电压关联起来的方程。

这样的对照表或方程可根据对给定的施加电压所得到的折射率的例行实验来求得，其方法是在光束通过栅格装置46时施加该电压并测量该光束50的折射角。图7图示出了对于具有棱镜48的聚合物微棱镜阵列所得到的这样的数据，每个棱镜的长为25μm，高为30μm，而且都由向列液晶E7制作，并安置在孔径尺寸大约2英寸×3英寸的栅格装置46中。如图7的曲线108所示，该光束的偏转角的最大值α_max大约为20°，而最小偏转角α_min大约为-8°。在不施加电压时，α大约为20°。如抛物曲线108所示，当电压在0伏和25伏之间变化时，α就相应地在稍小于20°和0°之间选择性地发生变化。这样，对于图1所示的栅格装置46来说，当根据上述规格来构造时，α就会在从稍小于大约20°的α_max到优选的最小α之间的范围内变化，该最小α限于不大于0°的角度值。

图8画出了光束偏转器的第二实施例40’的第二个优选的栅格装置110的一部分。该栅格装置110具有由棱镜42构成的一对外阵列44和44’和一由可变折射率棱镜114构成的中间阵列112，这中间阵列的每个棱镜都具有一可以是等边或等腰三角形的横截面。每个棱镜114可以由在用标号120表示的虚线位置处拼合起来的一对棱镜48构成。阵列44’和阵列44是相同的，只是它们关于线120互为镜像。如果需要，栅格装置110可由44和88组成的第一对阵列和由88和44组成的第二对阵列拼合一起来构成，从而得到一双微棱镜阵列组合。安放在该前面板68和前棱镜阵列44之间的是一导电层118，而安放在后面板70和后棱镜阵列44’之间的是另一导电层118。该栅格装置110可产生一最大的偏转角α_max，它比栅格装置46产生的大得多。通常，栅格装置10的α_max比大约栅格装置46的两倍还大。

在温度的考虑是重要的场合，如该光束偏转器40或40’在温度低于60℃的户外使用时，可使用温度补偿。对于温度变化很大的军事和航空应用来说，最好采用某种温度补偿。在环境温度大约在60℃以上时，温度补偿多半是不需要的。当在温度恒定的室内使用时，温度补偿就可不要。

参看图9，该光束偏转器40包括一温度补偿器122，它是构造来帮助将由该可变折射率棱镜48构成的阵列88保持在相当恒定的温度上和保持在偏转器40的响应时间不会发生明显减慢的温度上。该补偿器122包括一与栅格装置46接触的热电加热器(themoelectric heater)124来加热该栅格装置46。更可取的是，该热电加热器124包括一最好能基本将整个的栅格装置46封装在里面的保温套。

该加热器124由电路126控制，该电路最好包括一与检测该栅格装置46周围环境温度的传感器130连接的控制器128。例如，该控制器128可以是一程序控制器，而传感器130可以是，例如热电偶、热敏电阻等等。可从一可以是电压源V的电源向电路126提供电能。

最好是，从该传感器130给该控制器128提供一代表周围温度的信号，从而由控制器调节流向加热器的电流，以便帮助将该栅格装置46的温度相当恒定地保持在希望的温度上。如果希望，另一与该栅格装置46连接的传感器还可向该控制器128提供反馈，以便检测该栅格装置46的实际温度。这种反馈也可用来调节流向加热器124的电流。

在另一优选的补偿器方案中，该控制器128可按检测到的周围温度和检测到的栅格装置温度来调节施加到图8中的电极84和86上的电压。根据检测到的温度可用一对照表来调节该电压。

图10图示出了光束偏转器的另一优选实施例40a，它可用来减少在该偏转器40a运行期间光束的衍射噪音。为了减小衍射噪音，该偏转器40使用了一放置在每一光束50的源和栅格装置46之间的正微透镜阵列132和一放置在该栅格装置46后面的负微透镜阵列134。该正微透镜阵列132包括有安排来形成图11所示阵列132的很多对紧邻的凸透镜。该负微透镜阵列132( 似乎应为134一译者)包括有安排来形成图10所示阵列134的很多对紧邻的凹透镜。该正的微透镜阵列132由于它使每一光束540聚焦因而就避开了棱镜42的犄角，从而可减少衍射噪音，而在通过栅格装置46后，该负微透镜134又将该光束50准直平行或展宽。

图11图示出了光束偏转器的又一优选的实施例40b，其中该负微透镜阵列134是安放在该正微透镜阵列132和该栅格装置46之间。这个偏转器40b也可有利地减小衍射噪音。最好是，该光束偏转器40a和40b都属于微孔液晶微棱镜阵列结构。

图12图示出了再一优选的也可减小衍射噪音的光束偏转器实施例40c。该光束偏转器40c是一非周期的液晶微棱镜阵列，它所具有的棱镜42每个都具有相同的间距(pitch)，但每个却具有不同的宽度，d₁，d₂，d₃，d₄，和d₅。最好是，该系列棱镜宽度在整个该阵列中是重复的。该棱镜宽度的和，d₁+d₂+d₃+d₄+d₅，比该光束波长长，最好是长得多。最好该棱镜宽度的和至少是该光束波长的100倍。由于这种结构，衍射几乎是微不足道的。

参看图1、2、和13，在运作期间，当没有电施加到电极84和86上时，各可变折射率棱镜48的折射率n_1C都比与其紧邻的棱镜42的折射率n_poly大，因而光束50按图2所示的那样偏转，使得离开栅格装置46出来的光束50’相对于入射的光束50成一锐角。如图2所示，n_1C和n_poly之间的差异在断电时最大，而且光束50的偏转角α也处于最大值α_max。为了使α_max至少达到大约30°，n_1C和n_poly之间的断电差异至少应为大约0.15，最好至少为大约0.2。

当在电极84和86上加电时，棱镜48的n_1C折射率减小，从而使偏转角α减小。当在电极84和86上加电时，电被提供给各导电层82和102，从而产生一横穿在导电层82和102之间并通过每块棱镜48的电场。当电量，也就是电压增加时，偏转角α就减小，直到接近或达到0°，如图2所示。当施加的电压增加时，n_1C减小，直到接近或基本与n_poly相等。当n_1C≈n_poly时，α≈0°，光束50最好基本上直线通过栅格装置46而不发生偏转。在一个优选实施例中，当n_1C≈n_poly≈1.5时，α就为0°。参看图7，如果电压进一步加大到超出α为0°的电压值时，该光束50实际上就可能朝反方向偏转，因而偏转角α的值就位负数。通过选择性控制施加到该栅格装置46的电极84和86上的电压大小就可精确控制光束50通过该栅格装置46时所发生的偏转角α，最好控制在大约0.5毫弧度以内。更具体地说，该光束50的偏转角α可以通过控制器电路来控制，该电路能能精确地将电压施加到电极84和86上，以便使该光束50偏转角与希望的偏转角的偏差是在大约0.5毫弧度以内。最好是，也可以选择地施加电压，以便能使该光束50以小到0.5毫弧度的角增量偏转。

图13图示出在没有电压施加在棱镜48上时该可变折射率材料的分子136的排列情形。在图13中还画出了一条在与纸面垂直的方向上偏振的光束50，它投射到该可变折射率的棱镜48的前表面90，在该棱镜上处于前表面90的可变折射率材料的分子136一般是平行于光的偏振方向排列的。在形成紧邻的两棱镜42和44(后者似乎应为48—译者)之间的界面部分的表面92上的分子136，以及在表面90和92之间的棱镜内的分子也是沿相同方向排列。入射光然后将在该可变材料棱镜48中感受到一光折射率n_1c。通过该栅格装置46的光将根据Snell定律发生偏转：

n_lcsinθ₁＝n_polysinθ

但是，当在一对紧贴的棱镜42和48两边施加的电压大于大约为1-2伏的阈值电压时，棱镜的分子通常就会沿产生在棱镜两侧的导电层之间的电场方向排列，这导电层通常为导电层82和84。只有在表面90和92上的一薄层分子不沿该电场方向重创新取向。在图13中，该电场的通量线137一般是与纸面垂直的。这就是说，通量线137从纸面伸出并平行与该棱镜48的长度方向。分子136通常保持朝制作时研磨的方向取向。但是在光束通过棱镜42和48时，这一薄层分子136对该光束50的影响是微不足道的，因而一般可以忽略。

当施加一超过V_th的相当大电压时，就得到一折射率n_LCO，它就导致在棱镜48和棱镜42的界面处产生一偏转角θ₂，该偏转角满足下述方程：

n_lcosinθ₁＝n_polysinθ₂在所施加的电压是在0伏与该棱镜42和48的饱和电压V_sat之间的情形中，该折射率n_1c就取决于该可变折射率材料的分子取向和光偏振的方向，其关系式为：其中，

(电场方向)是光束50的偏振方向，而 (分子取向)是可变折射率材料的方向矢量。因为该方向矢量是一位置函数，所以折射率是随位置而变化的。甚至在一给定点上，该折射率也随光束偏转的方向变化。该有效折射率n_eff可表示为：

n_{eff} = \frac{n_{e} n_{o}}{\sqrt{n_{e}^{2} \sin^{2} β + n_{o}^{2} \cos^{2} β}}

其中β是该电场方向与该分子场取向之间的夹角。III.制作方法

一栅格装置或格栅装置46的制作过程中，该栅格装置46由一前基片68、一具有可发生选择性变化的可变折射率的材料48的层88、一最好由折射率基本恒定的材料构成的阵列44或棱镜42、以及一后基片70等组成。在制作图2所示的该栅格装置46的过程中，该后基片70用导电层82覆盖，而将该阵列44或棱镜42，最好是微棱镜42，凸印(embossed)在层82和基片70上面。在将垫片105安放在两基片68和70之间的条件下，将基片68和70组合在一起，并将可变折射率材料引入基片68和70之间来充填在阵列44和上基片70(从图2和图5看，似乎应为68-译者)之间所产生的空缺。当空缺被可变材料充填好后就完成了该格栅或栅格装置46的制作。

参看图14和图15，为了能批量生产栅格装置46，最好构造一母版138，以便用于将棱镜凸印在基片70上。图14画出了一制作图15所示母版138用的坯件140。该坯件140由一携带有中间层144和能量束抵抗层(energy beam resist layer)146的的基片142构成。

该基片最好是由玻璃，如石英玻璃、二氧化硅、硼硅酸盐之类材料构成。该中间层144最好用ITO、铬、或其它合适的反射材料制作。该能量束抵抗层146由一种能用能量束148蝕刻的材料构造，该能量束最好是具有适当高的能量密度，能在冲击时用蒸发或其它方式选择性地将层146的一部分除掉的电子束、粒子束、或其它能量束。

最好是，该层146用抗粒子束的材料，如聚甲基炳烯酸甲酯(PMMA)制作，因而在直写式电子束光刻过程中由发射体(未画出)产生的一个或多个能束148就可冲击在层146上以产生希望的母版三维凸文花样(relief patterm)154。最好是由该层146在该束或能量束148下的照射强度或曝光时间来决定该层146的各部分的蝕刻深度。

在制作该母版138的过程中，如图14所示，该坯件140至少由一能量束148照射，最好是由很多能量束148照射以便各自都能蝕刻掉该层146的一部分。当照射完成后，如图15所示，该蝕刻就产生一凸纹花样154，它包括很多对直立的一般的三角形尖峰150，这些三角形尖峰与希望在其中形成的阵列44的棱镜42是互补的。

在另一类似的优选制作方法中，该坯件140优选地完全用玻璃构成，这种玻璃最好是石英成分。一粒子束把该希望的三维凸纹花样加工在该玻璃坯件上，以后就用它来作母版138。最好是，可将这样的母版用于大批生产该棱镜阵列44的，最好连带基片70的复制品，其复制方法是采用高光学级别的注模法或利用光敏聚合物来复制。

图15所示的母版138实际上可包括一子母版(submaster)，它可用绑结或用别的方式与其它的子母版结合在一起，形成一大得多的母版。例如，当该子母版138具有1cm×1cm的尺寸时，几个子母版沿着一个和多个边缘绑结或结合在一起就可产生一子母版阵列，从而形成一大得多的母版，其尺寸可大到7.5cm×7.5cm，或更大。在使用绑结之类方法来将子母版结合在一起的情形中，在这些子母版138结合的位置上所产生的不连续性最好不大于大约0.1μm。

这样，就可产生一较大的母版来制作较大的栅格装置46。例如，虽然尺寸为1cm×1cm的栅格装置46可能适合某些应用，但尺寸为3cm×3cm的栅格装置就可能适合其它的应用，而尺寸为7.5cm×7.5cm的的栅格装置又可能适合别的一些应用。如果希望，用来复制该栅格装置的母版可以作成如图所示的通常的矩形，通常的圆形，或其它的不同构形。

参看图16，图15所示的母版138可优选地用来制作另一种最好是一件的，整体结构的，而且是由光敏聚合物构成的母版156。然后再用该光敏聚合物母版156来复制该栅格装置46的一半158，如象图4所示的该后半部分158。在这样做之前，在面板70上涂敷一导电层82，而且最好还覆盖涂敷一层调整层80。之后，将面板70紧贴该母版156放置，而且还将少量的可硬化的材料160，通常只一两滴，加在面板70和母版156之间。该可硬化的材料160最好是能流进该母版的凸纹尖峰之间空隙中的液体。然后该可硬化的材料160硬化，以便基本符合与该母版156互补的形状，从而整体地在平板70上形成阵列44。

参看图17，该可硬化材料160最好可用光162来固化，这光最好是紫外光。在固化完成后，将该栅格装置的一半158从该母版156上取下，并将该母版再一次准备好，以便用来制作另一栅格装置的一半158。图18图示出了从母版156上取下后的完成的栅格装置的一半158。

能按上述方式成形的优选可硬化材料160的一个例子就是Norland公司的NOA72号环氧树脂，它具有在表1中所列出的典型性能。在制作由每个厚度不大于10-20μm的棱镜42构成的3”×3”的正方形阵列时，只需滴一两滴NOA72号环氧树脂就行了。NOA72号环氧树脂的一理想的特点就是它只要求用紫外光来固化，而不需要加热，因此可避免由加热引起的应力。NOA72之所以理想，还因为它在从450纳米(nm)到3μm的宽波长范围都具有大于95％的极好的透光特性。此外，NOA72在从-40℃到110℃的很宽温度范围上都具有极好的热稳定性，因而很适合军事方面的光学应用。

参看图19，在准备将该可变折射率材料制作成棱镜48的过程中，将锚定材料(anchoring material)层164施加在导电材料层102上。该锚定层164最好是很薄的，最好厚不大于几千埃()。该锚定层最好有助于将该可变折射率材料锚定在面板68上。该锚定层164最好还能有助于排列至少一些可变折射率材料的分子。

一种优选的锚定材料是DuPont PI2555的聚酰亚胺，最好是用旋涂法(spin coating)将它施加在该导电层102的上面。在旋涂之后，最好将该锚定材料层164烘干，以帮助将它粘结在导电层102上。之后，将该锚定层164进行研磨，以便在锚定层164上形成凹槽(pocket)，一些可变折射率材料分子就被陷入并排列在这些凹槽之中。

在旋涂过程中，大约每分钟3000转的转速最好能产生一厚度大约为2000的锚定材料层164。在烘干时该锚定材料层164最好在大约275℃的温度上烘烤大约1小时。在烘干之后，该锚定材料层164最好用Yoshikawa公司的“细粉扑(Finepuff)”牌的研磨用起绒织物之类物品进行单向研磨，以便在该锚定材料164中形成沟槽，当将该可变折射率材料施加在该平板68上时，该可变折射率材料就会被陷入并排列在这些沟槽中。

参看图20-24，阵列44的每块棱镜42的暴露面56和60也被研磨，以便在施加该可变折射率材料时将可变折射率材料的分子排成行。作为这种研磨的结果，该可变折射率材料分子的排列将被进一步改善。

参看图20和图21，研磨可以沿着各棱镜42的的长度方向进行和沿着同一方向在平板68的锚定层164上进行，以便形成一平行的或π型的格栅。参看图22，该棱镜42可以沿其长度的横方向进行研磨，而该锚定层164的研磨则可沿通常与该棱镜的研磨方向垂直的方向进行，以便形成正交的格栅。参看图23，该棱镜42和锚定层164还可沿相反的方向进行研磨，以便形成反向平行的格栅。

参看图24，该前板68被安放在由棱镜42和后板70组成的阵列44的上面，并用该垫片105将平面板68和70隔开。由于面板68和70是分隔开的，所以在棱镜42、垫片105、以及前面板70之间就留有一空隙。将该整个装置放于一真空干燥炉166的炉腔中，以便将真空引入该空隙，从而就可将该可变折射率材料吸入该空隙中。最好是，对该真空干燥炉166的温度进行控制，以便获得该可变折射率材料的良好初始排列。最好是，该真空干燥炉166在处于该可变折射率材料的均质相的温度上进行运作，以便获得由棱镜48组成的具有良好均匀性的阵列88。在该空隙被填充后，就可将完整的栅格装置或格栅装置46从炉腔底提起并释放真空，这样就可从该真空干燥炉中取出该栅格装置46。

如果该母版156用母版138来制作，则在制作母版156的过程中最好进行下列步骤。第一，利用理想的金刚石来加工(turn)一镍质或銅质母版，以获得一特定的纵横比。第二，将由镍质或銅质母版获得的结构通过压注或注模法(compression or iniection moldung)转变成一塑料子母版。第三，由该塑料子母版产生一橡胶的子母版156。最后，再通过多重紫外光复制技术在该母版156上形成最后的棱柱形结构，使得该棱柱形结构具有一理想的角度和理想的纵横比。IV.二维光束偏转器

图25-27图示出了一二维光束偏转器52，它具有两个彼此正交的格栅或栅格装置46a和46b，使得一光束50通过该第一栅格装置46a时可向一个方向上偏转，而在通过该第二栅格装置46b时又可向另一方向偏转。这样，可使通过该偏转器52的光束50的光子发生一维或二维偏转，因而可对其进行选择性的控制方向，很向一电子枪在电视显像管中控制电子方向一样。

如图25-27所示，将该栅格装置46a和46b这样取向，使得栅格装置46a的棱镜42是横的，以便使这些棱镜一般都与栅格装置46b的那些棱镜垂直。在这两个正交的栅格装置46a和46b之间有一相当薄的绞扭向列液晶板(twisted nematic liquid crystal plate)168，它起着偏振旋转器的作用。该偏振旋转器168最好在光束50通过该第一栅格装置46a之后使光束的偏振发生旋转，这样它在通过第二栅格装置46b之前其偏振就是适当的。最好该偏振旋转器168使该光束50的偏振旋转90°。

所有这些层46a、168和46b都被夹叠在一起形成一具有单件的、整体的一体化结构的偏转器52。最好该偏转器52的横截面厚度只有几个毫米。最好该横截面厚度不大于10毫米。

如图25所示，通过第一栅格装置46a的光束50的偏转角度α相对于入射光束50来说是锐角，而该光束的偏转一般是朝向与它通过的栅格装置46a的棱镜42的长方向的轴垂直的方向。在光束的偏振方向被偏振旋转器168改变后，该偏转一次的光束50’在它通过第二栅格装置46b时又被进一步偏转。当该光束50’通过这第二栅格装置46b时，它所偏转的角度α相对于它的入射方向来说是一锐角，而偏转的方向一般与它通过的栅格装置46b的棱镜42的长方向的轴垂直。在被第二栅格装置46b偏转后，这经两次偏转的光束50”将从该第二栅格装置46b射出。

这样，一单光束在通过该光束偏转器52时，可在水平和垂直两个方向发生都偏转，也可只是发生水平偏转或只发生垂直偏转。另外，当很多光束50基本同时通过该光束偏转器52时，这些光束50就可基本同时在水平和垂直两方向上发生偏转，也可只是发生水平偏转或只发生垂直偏转。例如，图25就画出了该偏转器52使一单光束50在在水平和垂直两方向上发生偏转的情形。图26画出了该偏转器52使很多对光束50同时只在垂直方向上，即Y方向上发生偏转的情形。图27画出了该偏转器52使很多光束50同时只在水平方向上，即X方向上发生偏转的情形。通过选择性地控制光束在各方向上的偏转，该偏转器52实际上就能使单光束50或多光束50向上、向下和向后、向前扫描扫描位于距该偏转器52一定距离上的物体。有利的是，各光束50的偏转都毋需移动该偏转器52。

每个栅格装置46a和46b都与一能各自改变的独立电源V₁和V₂相连，以便独立地改变每个栅格装置46a和46b的偏转角。如果希望，还可以不要栅格装置46a的面板70和不要栅格装置46b的面板68来构造该光束偏转器52。

图28和图29图示出了控制电路的原理图，该电路能够独立地控制施加在栅格装置46a和46b上的电压，从而控制通过该偏转器52的光束在两个方向，如X和Y方向的偏转。参看图28，该偏转器52被一计算机170控制，该计算机与接口软件172合作，以便将X-扫描驱动器176和Y-扫描驱动器178所用的施加电压对照表174的应用协调起来，从而使得当光束通过偏转器52时能相当精确地使该光束发生偏转。该X-扫描驱动器176负责使光束精确地向X-方向发生偏转，而该Y-扫描驱动器178则负责使光束向Y-方向发生偏转。

例如，该X-扫描驱动器176控制电源V₁施加在栅格装置46a上的电压大小，以便当该光束通过该栅格装置46a时能精确地使该光束50偏转一希望的角度α₁或α_x。另外，该Y-扫描驱动器178则控制电源V₂施加在栅格装置46b上的电压大小，以便当该光束通过该栅格装置46b时能精确地使上述偏转过一次的光束50’又偏转一希望的角度α₂或α_y。

最好是，对于由计算机指令给定的一组希望的偏转角α_x，α_y来说，该软件172能使该对照表174被访问，以便选定为达到希望的偏转角α_x，α_y应施加于各驱动器176和178上的合适电压值。该合适的电压值被各驱动器用作基准，以便驱使加到它的栅格装置46a和46b上的输出电压与该合适电压值匹配。

一用来与该偏转器52连接的示范性电路180被示于图29中，该电路可使偏转器52按一预定的图样将光束50向上、向下、向后、和向前扫描。最好，以现场可编程门阵列(field programmable gate array)(未画)方式运行的高速电子控制子系统来驱动该扫描电路180。

施加到每个栅格装置46a和46Buh的合适的电压水平是由一X-计数器和一Y-计数器以数字方式产生的，最好每个都是10位计数器。所产生的该合适电压水平最好是按X和Y方向的希望的偏转角α_x，α_y，从计算机，如计算机170计算得到的。该X-对照表186和该Y-对照表188最好存储在一存储器中，它们对于由可变折射率材料，例如液晶材料48所显示的对电压的非线性响应各自都作了补偿。这种非线性响应的例子被示于图7中。最好是将每个对照表186和188储存在SDRAM集成电路中，而且也可储存在另一种存储器件中。每个对照表186和188还分别与一装在另一存储器件，最好是EEPROM之类的存贮器190和192中的系数表通信。各对照表186和188的输出最好是分别被10位构造的数模转换器194和196所转换。各个转换器194和196输出的模拟电压最好先被缓冲和放大，然后再施加到相应的栅格装置46a和46b的电极84和86上。

利用这种电路，最好能使一束或多束光50每秒钟向上和向下、向后和向前扫描几千次。最好是，能使一束或多束光50，按重复的预定花样，以至少快达10千赫的频率扫描。V.扫描仪

图30图示出了一使用二维光束偏转器52的扫描装置198。该扫描装置198具有一发射体200，从该发射体至少发射一束光50。最好使该光束50向一光束导向装置202发射，该导向装置包括一对分开一定距离的反射镜204和206，这两反射镜能使该发射体200与该偏转器52的后部横向隔开一距离。将该光束50引导通过该偏转器52，在这里，电路，如在图28和29中所示的电路在两个方向上使光束50‘’偏转，以便扫描安放在距该偏转器52一定距离的物体208。

这样的物体208最好具有一将用光束50”来扫描的二维或三维的表面或轮廓。投射到物体208上的光束50”会产生向检测器212反射的一束或多束光210，这检测器最好能接收到该光束210。该检测器212最好与一分析仪(未画)相联系，这分析仪能为特定目的分析这些反射光束212。最好是，这种分析仪包括至少一个处理器、数字电路，以及能为了从反射光提取信息或产生图像的目的而分析该反射光210的软件。如果希望，还可对该反射光进行一些其它种类的分析。

可以这样被扫描的物体208包括可扫描的二维和三维物体。可用本发明的扫描仪扫描的物体仅举出了几个例子，它们包括纸、网膜、人、以及靶子。其它的应用也是可能的。例如，一个这样的扫描仪198可很适于用来从携带该扫描仪198的卫星上扫描地球。另外，该扫描仪还很适于扫描从该物体208上发射或反射的光束。

该发射体200最好是一光源，该光最好是从激光之类发出的准直光。该检测器212最好构造和安排来检测由该发射体200发出的经反射的光束210并产生一些电信号。合适的检测器212的一些例子包括一电荷耦合器件(CCD)以及一数字摄象机。

利用前述的并示于图28和29中的该电路，本发明的扫描仪198最好至少符合下述规格：

X方向的视野 30°

Y方向的视野 30°

X方向的分辩率 0.4mrad

X方向的可分辩点数 1,316

Y方向的分辨率 0.4mrad

Y方向的可分辩点数 1,316

行持续时间 100μs

点到点的时间延续 76ns

点频率 13.16MHz

表3

在扫描一希望区域时可读的可分辩点数大于1,300的希望分辨率最好要求数字驱动器，如象图29所示的那种数字驱动器。该两个计数器，一个用于X方向，另一个用于Y方向，它们产生一些周期脉冲，这些脉冲将被转变成从0伏上升到希望的最高电压值的模拟电压，在优选情形这最高值为10伏。还用数字控制来补偿用作棱镜48的特定可变折射率材料的非线性特性。

最好是用计数从0到1023的10位计数器182和184来使该光束50在X和Y方向扫描。它们的输出[D₀....D₉]将送到相关的地址线对照表186和188以便进行非线性补偿。该1k×16的对照表186和188，最好是在SDRAM中运行，重新变换数据。利用SDRAM的好处是允许大约70纳秒(ns)的电到点的扫描过渡。存储在EEPROM190和192中的非线性系数最好在系统上电时传送到SDRAM186和188中。该SDRAM[D_s0...D_s9]186和188的输出将被10位的D/A转换器194和196转变成用来控制希望的偏转角α_x和α_y的模拟电压值。最好要求另外的模拟缓冲来保证足够的电耗(current drain)和电压电平。该D/A转换器194和196可利用市售的13-15MHz的时钟来运作。

如果希望，该扫描仪198可在没有束源200的情况下运作，这样，由物体208发出的环境光210或从物体208反射的光210都能通过该光束偏转器52，在这里，这些光最好被该偏转器52向该检测器212聚焦，或聚焦在该检测器上。在这种情形，该偏转器52最好这样取向，使得该反射的光束210首先通过栅格装置46a之后才通过栅格装置46b，而且使光束210首先通过该栅格装置46a的阵列88。VI.激光成像雷达

图31和32图示出了一与扫描装置198相似的激光成像雷达扫描装置214，它使用二维光束偏转器52，并由交通工具216，最好是飞行器携带。虽然图32所示的飞行器是火箭或导弹，但该装置214也可携带在飞机、靶标、气球、飞艇、卫星、或其它的飞行器上。该装置214最好是安放在该交通工具的前部或靠近前部的位置上，但也可安放在可给它提供相当大的无障碍扫描视野的其它位置上。

该偏转器52安装在一个具有侧壁220和端壁222的管套218中。该发射体224最好安放在管套218的外面，而且是一发射激光光束50的激光器。该光束50通过一可以是偏振器的镜片226，在这里光束投射到第一反射镜228，该反射镜将光束50反射通过一在该管套侧壁220上的透镜或窗口230进入管套218。在该管套218内的第二反射镜232将光束50向外反射到该管套218的前端，在这里光束通过偏转器52。

该偏转器52使光束50‘’横扫过被扫描的物体，产生一些向偏转器52反射回来的光束234。该反射光束234通过该偏转器52进入管套218，在这里该光束234被一由管套端壁222携带的优选为抛物面反射镜的镜面236聚焦。该反射镜236将反射光束234向另一在该管套218内的反射镜238聚焦，该反射镜就将光束234向激光检测器240反射，该检测器最好是安置在该管套218外面管套端壁222的后面。该第二反射镜238最好是将光束234反射过端壁222上的窗口(未画)射向该检测器240。最好是，将该管套218、检测器52、镜片装置、和反射镜226-232这样构造和安牌，以便使得该检测器240能接收到该被扫描物体242的图像。如果希望，该偏转器52还可在被扫描物体或地貌反射的光束234通过该偏转器52时，用来偏转这些反射光束234。

如图32所示，该被扫描物体242是在飞行器216前面和下面的地貌242。在图32中以虚线表示该被扫描区域244的边界。如扫描区域244所示，使该光束50”水平和垂直地扫描过该区域244。有利的是，该扫描装置214的任何部件都不移动就可完成扫描。更具体说，在扫描仪214运行期间该光束偏转器52不发生运动。

最好使被扫描区域的图像再现在检测器上，最好使该再现图像经过，如数字信号处理之类的处理。然后再将该处理过的图像与储存在飞行器216上的地图，如数字地图比较，以便用在向飞行器216输入目标信息，或用在该飞行器216的导航和导向上。

该激光器224最好是一具有从大约1.2μm-大约1.5μm波长的红外激光器，以便不会损伤在被扫描区域附近人员的眼睛。最好该激光器224具有的光束直径不大于大约1cm，以便于能使它进行快速二维扫描。

该偏转器52是圆形的，而且其直径大约为3.5英寸。为了扫描一希望的大区域244，该偏转器52具有一大约30°×30°的视野或可视域，而且作单次全域244扫描所花的时间不大于100μs。这样，该偏转器52在X方向具有的最大扫描角α_xmax至少为大约30°，而在Y方向具有的最大扫描角α_ymax至少为大约30°。该偏转器52最好是在一个方向扫描不慢于大约100μs，而在第二方向扫描不慢于大约30ms。

例如，该偏转器能在不大于100μs的时间内作一次从左到右或从右到左(X-方向)的全扫描，和在不大于大约30ms的时间内作一次从上到下或从下到上(Y-方向)的全扫描。作为另一种选择，该偏转器52也可在不大于30ms的时间内作一次从左到右或从右到左(X-方向)的全扫描，和在不大于大约100μs的时间内作一次从上到下或从下到上(Y-方向)的全扫描。从该区域244的单次扫描所产生的图像是一帧。最好，该具有前述特征的偏转器52能进行足够快的扫描，快到足以给该检测器提供大约30Hz以上的帧频。

最好是，激光雷达装置214至少具有下述规格：

通光孔径 7.5cm×7.5cm

指向分辨率＜620μrad

响应时间＜100μs

透射率(transmission) ＞50％

可视域 30°×30°

激光器的波长 1.54μm

总的光束能量 250mJ/8ns脉冲

表4该通光孔径的度量是该光束50实际可通过的光束偏转器的大小。该指向分辨率是表示光束在X-方向(α_x)和Y-方向的(α_y)偏转的精确情况。该响应时间是表示该偏转器52在整个可视域上可重复一次扫描的快慢情况。透射率反应光束透过该偏转器52的效率。激光器的波长是表示发射光束50的激光器224的理想波长。该总的光束能量是表示在，例如，8纳秒的脉冲期间由该激光器224发射的能量多少。

为了达到这些希望的特性，在使用具有至少大约30μs的响应时间的液晶材料48时，各栅格装置46a和46b的各棱镜48和42都具有一不大于大约10μm的间距(pitch)或高度。最好是，该液晶材料48为一铁电液晶材料。更可取的是，用来形成棱镜48的该液晶材料48应具有双折射或至少为大约0.25或0.26的Δn，以便在施加大约0伏-10伏之间的电压时，α_max能达到大约45°。

参数值结果微棱镜尺寸 10μm×10μm×7.5cm 对于μs的速度

(45-60的棱镜角) 液晶厚度≤10μm液晶材料高速度的向列或铁电液晶扫描角＞30°或≈30°

(Δn＝0.2-0.3)液晶微棱镜 ●平行排列对于给定的液晶，平行或棱柱的ITO

●均匀或非均匀电场层，达到最大的Δn孔径尺寸 3”×3”(7.5cm×7.5cm) 7500×7500微棱镜阵列指向分辨率 620μrad 10位调制(modulaion)光束发散度＜200μrad 波前误差＜2.6λ(λ＝1.54μm)响应时间＜100μs(灵敏的)ms-μs 对DHFLC(铁电液晶)，30μs响应透射率＞80％在界面发生菲涅耳反射损耗扫描角 ≥30°×30° 具有Δn≈0.2的液晶材料激光损伤阈值＞1J/1个ns脉冲在1.064μm处(Nd：YAG激光器)

表5该二维偏转器52最好也能构造成具有表5所示的特性。应该注意到，产生具有该希望波长或波长范围和光束直径的合适激光器的例子是Nd：YAG激光器。

如果希望制作一三维的扫描装置，则可将三个栅格装置46夹叠在一起，在各对相邻的栅格装置46之间安置一层绞扭向列液晶板(twistednematic liquid crystal plate)168。

如果希望，该二维光束偏转器52可以用作一寻的装置(targetingdevice)用来选择性地将激光光束50，或其它的高能密度束引导到一运动的物体242上。这种用作寻的装置52的例子是将一光束50引导到飞来的飞行器，导弹或火箭目标242上，以便损坏或摧毁这些目标。该寻的装置52在运作期间并不移动，而且有利的是，该装置能足够快速地对光束50进行二维导向，快到足以使光束对准一个每小时移动几百，甚至几千英里的目标242上。

还应明白，虽然前面的说明和附图详细地描述和图示了本发明的一些优选的实施例，但对于与本发明相关的业内人士来说，本公开将会使人联想到很多改进和结构，以及大为不同的实施例和应用而并不因此偏离本发明的精神和范围。因而，本发明打算仅用所附权利要求的范围来加以限制。

Claims

1.一个用来使电磁能束发生偏转的光束偏转器，其特征在于包括：

a)一第一棱镜，具有(1)一能在有电场或磁场存在时发生变化的折

射率，(2)一光束进入该第一棱镜时所通过的第一面，以及(3)

一光束从该第一棱镜射出时所通过的第二面；

b)一第二棱镜，具有(1)一保持基本恒定的折射率，(2)一光束进

入该第二棱镜时所通过的第一面，以及(3)一光束从该第二棱镜

射出时所通过的第二面；

c)在这里，该第一棱镜和第二棱镜是这样匹配的，使该第一棱镜的第

二面紧邻第二棱镜的第一面放置；

d)一这样构成和安排的电场或磁场源，使得该场至少穿过该第一棱

镜；

e)在这里，该电场或磁场的通量变化会使该第一棱镜的折射率发生变

化，因而使得光束通过该棱镜时的偏转角发生变化。

2.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜两者都具有一通常的三角形横截面，和一不大于大约100μm的间距，以便对该电场或磁场改变的响应不慢于大约100μs。

3.根据权利要求2所述的光束偏转器，其特征在于：该间距包括在通常与该光束平行的方向上的棱镜厚度。

4.根据权利要求2所述的光束偏转器，其特征在于：该光束具有小于大约100μm的直径。

5.根据权利要求2所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜各具有一不大于大约30μm的宽度。

6.根据权利要求2所述的光束偏转器，其特征在于：为了响应该电场或磁场的改变，该第一棱镜的折射率也会发生改变。

7.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜都具有一一般的三角形横截面和一不大于大约20μm的间距，因而该第一棱镜会随电场或磁场的变化而在不多于大约30μs的时间内改变其折射率。

8.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜都具有一通常的三角形横截面和一不大于大约15μm的间距和不大于30μm的宽度，因而该第一棱镜会随电场或磁场变化而在不多于大约30μs的时间内改变其折射率。

9.根据权利要求8所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜的间距不大于大约10μm。

10.根据权利要求8所述的光束偏转器，还包括一放置在第一棱镜的第一面紧邻的第一导电层和放置在第二棱镜的第二面紧邻的第二导电层，以及与该第一导电层和该第二导电层电连接的一电压源以便在将该电压源的电压施加到该第一导电层和该第二导电层时好提供通过该第一棱镜的电场或磁场。

11.根据权利要求10所述的光束偏转器，其特征在于：该第一导电层和该第二导电层都是由氧化锡铟构成。

12.根据权利要求8所述的光束偏转器还包括一放置在第一棱镜的第一面紧邻的第一导电层和放置在第一棱镜和第二棱镜之间的第二导电层，和一与第一导电层与第二导电层电连接的电压源，以便在将该电压源的电压施加到该第一导电层和该第二导电层时好提供通过该第一棱镜的电场或磁场。

13.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和第二棱镜都具有(1)一通常的三角形横截面，(2)一不大于大约10μm的间距，以及(3)一大约在45°和60°之间的顶角。

14.根据权利要求13所述的光束偏转器，其特征在于：该间距包括在通常与该光束方向平行的方向上的最大横截面厚度；该第一棱镜的顶角包括该第一棱镜的第一面和第二面之间夹角；该第一棱镜的顶角包括该第一棱镜的第一面和第二面之间夹角。

15.根据权利要求13所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜和该第二棱镜都至少长1cm。

16.根据权利要求3所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜是由可变折射率材料构成，该材料的折射率的变化可达0.2之多，其变化与所施加的电场或磁场的通量或大小有关。

17.根据权利要求7所述的光束偏转器包括很多对排列在第一阵列中的第一棱镜和很多对排列在第二阵列中的第二棱镜，其中，(1)该第一棱镜组成的第一阵列和该第二棱镜组成的第二阵列被配接在一起，而且(2)该第一阵列和该第二阵列通常取与光束方向垂直的方向。

18.根据权利要求17所述的光束偏转器还包括(1)一放置在该第一和第二阵列一侧的第一面板和(2)一放置在该第一和第二阵列另一侧的第二面板，其中(1)该第一面板和该第二面板通常取与光束方向垂直的方向，(2)该第一面板、该第一阵列、该第二阵列、以及该第二面板构成一栅格装置。

19.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括一安放在该栅格装置前面的光束偏振器，以便该光束在通过该栅格装置之前先通过该偏振器。

20.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括(1)一安放在一个面板和一个阵列之间的第一导电层，(2)一安放在另一个面板和另一个阵列之间的第二导电层，(3)一与(i)该第一导电层和(ii)该第二导电层电连接的电压源以便使施加在各第一棱镜上的电场大小基本上都是相同的。

21.根据权利要求20所述的光束偏转器，其特征在于：该第一导电层被安放在该第一面板和该第一阵列之间，而该第二导电层被安放在该第二面板和该第二阵列之间。

22.根据权利要求20所述的光束偏转器，其特征在于：一个该导电层是安放在该第一阵列和第二阵列之间以便在各第一棱镜中产生一非均匀的电场或磁场。

23.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括一与该栅格装置有工作关联的栅格装置温度补偿装置。

24.根据权利要求23所述的光束偏转器，其特征在于：该温度补偿装置包括一温度传感器和一与该栅格装置接触的加热器。

25.根据权利要求24所述的光束偏转器，其特征在于：该温度传感器不与该栅格装置接触，该加热器包括一与该栅格装置接触的电加热毯，该毯可根据该温度传感器检测到的温度选择地加热该栅格装置。

26.根据权利要求18所述的光束偏转器，其特征在于其包括很多光束，以便这些光束中的一个通过并被第一和第二棱镜中的每个所偏转。

27.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括：(1)一安放在该栅格装置前面的正微透镜阵列，使得该光束在通过该栅格装置之前首先通过该正微透镜阵列；(2)一安放在在该栅格装置后面的负微透镜阵列，使得该光束在通过该负微透镜阵列之前首先通过该栅格装置。

28.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括：(1)一安放在该栅格装置前面的正微透镜阵列，使得该光束在通过该栅格装置之前首先通过该正微透镜阵列；(2)一安放在该正微透镜阵列和该栅格装置之间的负微透镜阵列。

29.根据权利要求18所述的光束偏转器，其特征在于：(1)该第一阵列和该第二阵列都至少包含五种棱镜；(2)该第二棱镜阵列的第一种具有一第一宽度，该第二棱镜阵列的第二种具有一第二宽度，该第二棱镜阵列的第三种具有一第三宽度，该第二棱镜阵列的第四种具有一第四宽度，该第二棱镜阵列的第五种具有一第五宽度；(3)这些宽度中没有一个是相同的；(4)为了减小衍射噪音，该第一、第二、第三、第四、第五宽度的总和大约比该光束波长的100倍还大。

30.根据权利要求18所述的光束偏转器，其特征在于：该栅格装置有至少大约1英寸长和至少大约1英寸高。

31.根据权利要求30所述的光束偏转器，其特征在于：该栅格装置有至少大约3.5英寸长和至少大约3.5英寸高。

32.根据权利要求31所述的光束偏转器，其特征在于：该栅格装置的厚度不大于10毫米。

33.根据权利要求18所述的光束偏转器，其特征在于：该光束具有一小于100μm的直径，而且在它通过该栅格装置时可选择性地至少以多达30°的角度发生偏转。

34.根据权利要求33所述的光束偏转器，其特征在于：该光束可选择性地在大约0°到30°之间发生偏转。

35.根据权利要求33所述的光束偏转器，其特征在于：该光束选择性地发生偏转，其与理想的偏转角的偏差大约在0.5mrad之内。

36.根据权利要求33所述的光束偏转器，其特征在于：该光束是波长在大约0.3μm和30μm之间的光。

37.根据权利要求33所述的光束偏转器，其特征在于：该光束是由平行光组成。

38.根据权利要求37所述的光束偏转器，其特征在于：该平行光是有一激光器产生的。

39.根据权利要求38所述的光束偏转器，其特征在于：该光束是由红外光构成。

40.根据权利要求39所述的光束偏转器，其特征在于：该红外光的波长是在大约1.2μm和大约1.5μm之间。

41.根据权利要求18所述的光束偏转器包括一对栅格装置，使得一个栅格装置放置在另一个栅格装置的紧邻，其中，一个栅格装置的第一阵列的棱镜与另一栅格装置的第一阵列的棱镜正交，而该一个栅格装置的第二阵列的棱镜与该另一栅格装置的第二阵列的棱镜正交，以便一个栅格装置将光束向一方向偏转，而该另一栅格装置则将该光束向另一方向偏转。

42.根据权利要求41所述的光束偏转器，其特征在于：一个栅格装置将光束向一个方向偏转，而该另一栅格装置则将该光束向另一个方向偏转。

43.根据权利要求42所述的光束偏转器，其特征在于：一个栅格装置将光束向水平方向偏转，而该另一栅格装置则将该光束向垂直方向偏转。

44.根据权利要求39所述的光束偏转器还包括一放置在该两栅格装置之间的偏振片。

45.根据权利要求16所述的光束偏转器，其特征在于：该可变折射率材料是由液晶构成。

46.根据权利要求45所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜的每一个都是由铁电液晶构成。

47.根据权利要求45所述的光束偏转器，其特征在于：该第一棱镜的每一个都是由向列液晶构成。

48.一光束偏转器包括：

a)发射光束的光源；

b)很多对安装于一顺该光束的横方向安置的阵列中，其中(1)每一棱镜都具有(i)一通常的三角形横截面、(ii)一不大于20μm的间距、以及(iii)一在40°和65°之间的顶角；(2)每对紧邻的棱镜在它们之间形成一空隙，因而在该阵列中就存在有很多的这种空隙；

c)收容在该阵列的每一空隙中的可变折射率材料，这里的可变折射率材料的折射率至少可变化0.15；

d)一安置在该阵列附近的第一电极；

e)一安置在该可变折射率材料附近的第二电极；

f)一与该两电极电连接的电压源；

g)这里，在电极上施加电压就会在该可变折射率材料中产生一电场，这电场就可改变该可变折射率材料的折射率；

h)这里，创建一电压源并使其能选择性地发生变化，使得施加在该电极上的电压大小可选择地加以控制，以便用来选择地控制该可变折射率材料的折射率，使得当光束通过该可变折射率材料和该阵列时，该光束的偏转是可选择性控制的；

i)这里，该光束偏转的角度可达30°。

49.根据权利要求48所述的光束偏转器，其特征在于：该光束首先通过该可变折射率材料，然后才通过该阵列的一个棱镜。

50.根据权利要求49所述的光束偏转器，其特征在于：该可变折射率材料包括折射率可变化达0.2的液晶。

51.根据权利要求18所述的光束偏转器还包括(a)一由透明材料构成的第一面板，它安置在紧邻该可变折射率材料的位置处，使得光束通过该可变折射率材料之前先通过该第一面板；及(b)一由透明材料构成的第二面板，它安置在紧邻该阵列的位置处，使得光束通过该第二面板之前先通过该阵列的一个棱镜。

52.根据权利要求51所述的光束偏转器，其特征在于：该第一和第二面板都由玻璃构成。

53.根据权利要求51所述的光束偏转器，其特征在于：该阵列的每一棱镜都是由环氧树脂构成。

54.根据权利要求51所述的光束偏转器，其特征在于：该阵列的每一棱镜都是由玻璃构成。

55.根据权利要求48所述的光束偏转器，其特征在于：在光束通过该可变折射率材料之前首先通过该阵列的一个棱镜。

56.用来使光束发生偏转的光束偏转器包括：

d)一微棱镜阵列，它的每一个棱镜都具有一可随电场或磁场的存在而改变的折射率和一不大于大约20μm的高度，这样，该微棱镜就可以在不小于100μs时间内响应该场的变化；

e)一第二微棱镜阵列，它与第一阵列配套，其中，该微棱镜的每一个都具有一不大于大约20μm的高度；

f)一电场源，它是这样构建和安置的，使得该电场至少穿过该第一棱镜；

这里，该电场或磁场的通量变化可使该棱镜阵列的折射率发生变化，因而使光束通过该棱镜时的光束偏转角发生变化。