一種激光測距裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測距裝置，特別是一種利用衍射光學元件的激光測距裝置。
【背景技術】
[0002] 一般的激光測距設備如圖1，包括一個半導體激光器5,一個調制測量光束的電路 裝置10, 一個準直物鏡2, 一個接收物鏡3或11，一個光電接收器8 (如雪崩管APD)，一個接 收計算單元6, 一個顯示單元7。當測量距離較遠時，半導體激光器5產生的測量光束到達 被測物體表面1的測量點9,反射回來的光近似地與發射光平行，由于光電接收器8安裝在 接收物鏡3的光軸4上，折射聚焦透鏡可以將反射光聚焦至光電接收器8處。接收物鏡3 一般采用的是折射聚焦透鏡；或柱面透鏡；或短焦距透鏡。
[0003] 但是每個折射聚焦透鏡的焦距是一定的，對于近距離的測量，折射聚焦透鏡不能 很好的將反射光聚焦至光電接收器8上面，導致近距離無法測量。
[0004] 如果將光電接收器安裝在接收物鏡的光軸上，由此產生的問題是，近距離物體漫 反射回來的光將不會進入光電接收器，因此需要設置一個額外的光學元件3'，使近距離物 體漫反射回來的光偏轉進入光電接收器。
[0005] 另一方面，如果將光電接收器安裝在近距離物體漫反射回來的光的聚焦光斑處， 我們可以將被測物體近似為無數個朗伯漫反射的點光源的集合，各個點光源在光電接收器 光敏面處產生的光強將近似和距離的平方成反比。由此產生的問題是，近距離物體漫反射 回來的光將遠遠強于遠距離物體漫發射回來的光，所以通過接收透鏡聚到焦平面的能量變 化與距離的大小有很大的關系，進入光電接收器的能量也會有巨大的變化，這對于光電接 收器對于信號接收來說很不利。
[0006] 針對以上問題，公開號為CN 2779424 Y的中國專利申請提出了一種測距裝置，雖 然提出可以通過將接收物鏡的一小部分做成柱面透鏡形成一個特殊的復合透鏡來實現近 距離和遠距離物體距離的測量，但其僅僅是利用了柱面透鏡的散射原理，將發射測量光散 射成具有很大張角的扇面光，這樣會使到達光電接收器的光的強度減弱，造成近距離測量 不到。

【發明內容】

[0007] 發明目的：本發明的目的是為了解決以上現有技術的不足，提供一種激光測距裝 置，本發明專利考慮到采用衍射等新技術使得遠近不同距離的反射光都能進入光電接收 器，而且進入光電接收光的能量大小恒定，基本不隨距離的變化而變化。根據這種思路和原 理設計出的接收物鏡避免了傳統幾何光學成像的約束，從能量聚焦的思路上解決激光測距 設備高性能光電接收器光敏面小和接收物鏡聚焦受幾何光學約束的矛盾。
[0008] 技術方案：本發明所述的激光測距裝置，其目的是這樣實現的，一種激光測距裝 置，包括調制測量光束的電路裝置、激光光源、準直鏡、接收物鏡、光電接收器、接收計算單 元、顯示單元，其特征在于，所述接收物鏡包括至少一個衍射光學元件，所述衍射光學元件 通過在其一面或兩面設有多個微結構，所述微結構的縱向高度或橫向尺寸為可見光波長的 0. 1至100倍，或者通過改變橫向位置各處的折射率，從而使得所述衍射光學元件具有改變 入射光的相位和波前分布的功能。本發明為了使適量近距離物體漫反射回來的光進入光電 接收器而設置特殊的衍射光學元件。然而，當衍射光學元件的焦距較短時，由于制造精度的 限制，可以采用焦距較長的衍射光學元件配合折射聚焦透鏡的方式，即衍射光學元件的部 分或主要聚焦功能由折射聚焦透鏡承擔。
[0009] 作為上述技術方案的一種優選方案，所述衍射光學元件為一種和折射透鏡對應的 異型菲涅爾透鏡，該異型菲涅爾透鏡中心周圍用一個短焦距透鏡、或一個折射棱鏡、或者一 個柱面透鏡，或者他們的組合對應的衍射光學元件取代后得到的新的衍射光學元件。
[0010] 作為上述技術方案的另一種優選方案，所述衍射光學元件為一種和折射透鏡對應 的異型菲涅爾透鏡，該異形菲涅爾透鏡中心周圍用多個短焦距透鏡、折射棱鏡、或者柱面透 鏡對應的衍射光學元件取代后得到的新的衍射光學元件。
[0011] 選用異形菲涅爾透鏡時，所述異形菲涅爾透鏡中心周圍的多個短焦距透鏡，越遠 離異形菲涅爾透鏡的中心，短焦距透鏡所占的面積越小，短焦距透鏡的焦距越短；越靠近異 形菲涅爾透鏡的中心，短焦距透鏡所占的面積越大，短焦距透鏡的焦距越長。
[0012] 所述的微結構的縱向高度尺寸或橫向尺寸為可見光波長的0. 5至20倍。
[0013] 所述的微結構的縱向高度尺寸為可見光波長的0. 3至2倍。
[0014] 所述的微結構的橫向尺寸為可見光波長的0. 3至10倍。
[0015] 所述的接收物鏡與光電接收器間的距離為1至60mm。
[0016] 所述的接收透鏡與到測距點間的距離為0. 01米至500米。
[0017] 所述衍射光學元件的微結構為二臺階，多臺階，或連續結構。
[0018] 有益效果：本發明所述的激光測距裝置，采用衍射等新技術使得遠近不同距離的 反射光都能進入光電接收器，而且進入光電接收光的能量大小恒定不隨距離的變化而變 化。根據這種思路和原理設計出的接收物鏡避免了傳統幾何光學成像的約束，從能量聚焦 的思路上解決激光測距設備高性能光電接收器光敏面小和接收物鏡聚焦受幾何光學約束 的矛盾。
【附圖說明】
[0019] 圖1是【背景技術】中通常的激光測距設備的結構示意圖；
[0020] 圖2是本發明的結構示意圖；
[0021] 圖3-1是本發明中接收物鏡為主透鏡和輔助棱鏡構成的復合衍射元件中心沿y軸 方向的位相圖；
[0022] 圖3-2是對圖3-1中的位相進行二值離散處理后的位相圖；
[0023] 圖4-1是本發明中接收物鏡為主透鏡和輔助柱透鏡構成的復合衍射元件中心沿y 軸方向的位相圖；
[0024] 圖4-2是對圖4-1中的位相進行二值離散處理后的位相圖；
[0025] 圖5-1是本發明中接收物鏡為主透鏡和一個輔助短焦距透鏡構成的復合衍射元 件中心沿y軸方向的位相圖；
[0026] 圖5-2是對圖5-1中的位相進行二值離散處理后的位相圖；
[0027] 圖6-1是本發明中接收物鏡為主透鏡和多個輔助短焦距透鏡構成的全量程復合 衍射元件中心沿y軸方向的位相圖；
[0028] 圖6-2是對圖6-1全量程復合衍射元件的位相進行二值離散處理后的位相圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該 實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。
[0030] 參見圖2所示，一種激光測距裝置，包括調制測量光束的電路裝置10、激光光源5、 準直鏡2、接收物鏡11、光電接收器8、接收計算單元6、顯示單元7,當激光光源5發出的測 量光束到達物體1表面時，在物體1表面的激光束反射點9處發射回來，進入接收物鏡11， 通過接收物鏡11到達光電接收器8，光電接收器8收到反射光信號后，接收計算單元計算距 離數據，并顯示在顯示單元7上，光電接收器8安裝在接收物鏡11的光軸4上。
[0031] 一般的激光測距器的接收物鏡均是采用折射聚焦透鏡來接收反射光，本裝置的接 收物鏡11包括一個衍射光學元件和一個折射棱鏡的組合。所述衍射光學元件的兩面設有 多個微結構，參見圖3-1和圖3-2所示，微結構