[发明专利]一种激光测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测距装置，特别是一种利用衍射光学元件的激光测距装置。

背景技术

一般的激光测距设备如图1，包括一个半导体激光器5，一个调制测量光束的电路装置10，一个准直物镜2，一个接收物镜3或11，一个光电接收器8(如雪崩管APD)，一个接收计算单元6，一个显示单元7。当测量距离较远时，半导体激光器5产生的测量光束到达被测物体表面1的测量点9，反射回来的光近似地与发射光平行，由于光电接收器8安装在接收物镜3的光轴4上，折射聚焦透镜可以将反射光聚焦至光电接收器8处。接收物镜3一般采用的是折射聚焦透镜；或柱面透镜；或短焦距透镜。

但是每个折射聚焦透镜的焦距是一定的，对于近距离的测量，折射聚焦透镜不能很好的将反射光聚焦至光电接收器8上面，导致近距离无法测量。

如果将光电接收器安装在接收物镜的光轴上，由此产生的问题是，近距离物体漫反射回来的光将不会进入光电接收器，因此需要设置一个额外的光学元件3’，使近距离物体漫反射回来的光偏转进入光电接收器。

另一方面，如果将光电接收器安装在近距离物体漫反射回来的光的聚焦光斑处，我们可以将被测物体近似为无数个朗伯漫反射的点光源的集合，各个点光源在光电接收器光敏面处产生的光强将近似和距离的平方成反比。由此产生的问题是，近距离物体漫反射回来的光将远远强于远距离物体漫发射回来的光，所以通过接收透镜聚到焦平面的能量变化与距离的大小有很大的关系，进入光电接收器的能量也会有巨大的变化，这对于光电接收器对于信号接收来说很不利。

针对以上问题，公开号为CN2779424Y的中国专利申请提出了一种测距装置，虽然提出可以通过将接收物镜的一小部分做成柱面透镜形成一个特殊的复合透镜来实现近距离和远距离物体距离的测量，但其仅仅是利用了柱面透镜的散射原理，将发射测量光散射成具有很大张角的扇面光，这样会使到达光电接收器的光的强度减弱，造成近距离测量不到。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种激光测距装置，本发明专利考虑到采用衍射等新技术使得远近不同距离的反射光都能进入光电接收器，而且进入光电接收光的能量大小恒定，基本不随距离的变化而变化。根据这种思路和原理设计出的接收物镜避免了传统几何光学成像的约束，从能量聚焦的思路上解决激光测距设备高性能光电接收器光敏面小和接收物镜聚焦受几何光学约束的矛盾。

技术方案：本发明所述的激光测距装置，其目的是这样实现的，一种激光测距装置，包括调制测量光束的电路装置、激光光源、准直镜、接收物镜、光电接收器、接收计算单元、显示单元，其特征在于，所述接收物镜包括至少一个衍射光学元件，所述衍射光学元件通过在其一面或两面设有多个微结构，所述微结构的纵向高度或横向尺寸为可见光波长的0.1至100倍，或者通过改变横向位置各处的折射率，从而使得所述衍射光学元件具有改变入射光的相位和波前分布的功能。本发明为了使适量近距离物体漫反射回来的光进入光电接收器而设置特殊的衍射光学元件。然而，当衍射光学元件的焦距较短时，由于制造精度的限制，可以采用焦距较长的衍射光学元件配合折射聚焦透镜的方式，即衍射光学元件的部分或主要聚焦功能由折射聚焦透镜承担。

作为上述技术方案的一种优选方案，所述衍射光学元件为一种和折射透镜对应的异型菲涅尔透镜，该异型菲涅尔透镜中心周围用一个短焦距透镜、或一个折射棱镜、或者一个柱面透镜，或者他们的组合对应的衍射光学元件取代后得到的新的衍射光学元件。

作为上述技术方案的另一种优选方案，所述衍射光学元件为一种和折射透镜对应的异型菲涅尔透镜，该异形菲涅尔透镜中心周围用多个短焦距透镜、折射棱镜、或者柱面透镜对应的衍射光学元件取代后得到的新的衍射光学元件。

选用异形菲涅尔透镜时，所述异形菲涅尔透镜中心周围的多个短焦距透镜，越远离异形菲涅尔透镜的中心，短焦距透镜所占的面积越小，短焦距透镜的焦距越短；越靠近异形菲涅尔透镜的中心，短焦距透镜所占的面积越大，短焦距透镜的焦距越长。

所述的微结构的纵向高度尺寸或横向尺寸为可见光波长的0.5至20倍。

所述的微结构的纵向高度尺寸为可见光波长的0.3至2倍。

所述的微结构的横向尺寸为可见光波长的0.3至10倍。

所述的接收物镜与光电接收器间的距离为1至60mm。

所述的接收透镜与到测距点间的距离为0.01米至500米。

所述衍射光学元件的微结构为二台阶，多台阶，或连续结构。