CN113566710B - 具有光学开关的测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有光学开关的测距系统，包括：利用第一光束以获得测距主机与辅助测量装置的距离的绝对测距模块、利用第二光束以获得辅助测量装置的位移的相对测距模块、以及用于合并第一光束和第二光束并发射至辅助测量装置的组合模块，绝对测距模块包括具有光学开关并用于控制第一光束的路径的开关单元，当光学开关位于第一位置，第一光束经由开关单元到达第一反射单元，第一反射光束经由开关单元到达第一分光单元，当光学开关位于第二位置，第一光束依次经由开关单元和组合模块到达辅助测量装置，并形成第二反射光束，第二反射光束依次经由组合模块和开关单元到达第一分光单元，光学开关以预设频率在第一位置和第二位置之间来回摆动。

Description

具有光学开关的测距系统
技术领域
本发明涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种具有光学开关的测距系统。
背景技术
近年来，激光跟踪仪、激光绝对测距仪等测距系统受到了测量行业的广泛重视，逐渐成为测量行业应用最普遍的测量工具。但其测量精度容易受到使用环境、装置结构以及操作方式等诸多因素的影响，从而导致测量精度下降。
在目前的测距系统中，一般通过绝对测距的方式获取辅助测量装置的位置，现有的绝对测距的方法中，常利用光调制的方法计算辅助测量装置的位置，但是这种方法中的电学部件和光学部件的可能会随时间的变化而发生抖动和漂移，进而引入计算误差，为了减少误差，可以设计参考光路和测量光路，并利用参考光路和测量光路计算辅助测量装置的位置，
然而，目前的具有参考光路和测量光路的测距系统，无法有效地减小由于电学部件和光学部件的抖动和漂移而引入的误差。同时，绝对测距装置的测量速度较慢，若辅助测量装置的移动速度较快，会降低激光跟踪仪的实时跟踪效果和测量精确度，难以满足高精度测量的需求。
发明内容
本发明有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种有效减小由于电学部件和光学部件的抖动和漂移而引入的误差的具有光学开关的测距系统。
为此，本发明公开了一种具有光学开关的测距系统，是包括测距主机和辅助测量装置的测距系统，所述测距主机包括：利用第一光束以获得所述测距主机与所述辅助测量装置的距离的绝对测距模块、利用第二光束以获得所述辅助测量装置的位移的相对测距模块、以及用于合并所述第一光束和所述第二光束并发射至所述辅助测量装置的组合模块，所述绝对测距模块包括用于产生所述第一光束的第一发射单元、对所述第一光束进行调制的调制单元、用于反射所述第一光束并形成第一反射光束的第一反射单元、用于接收所述第一光束和所述第一反射光束并对所述第一光束和所述第一反射光束进行分束的第一分光单元、具有光学开关并用于控制所述第一光束的路径的开关单元、以及设置于所述开关单元与所述第一反射单之间的第一波片，当所述光学开关位于第一位置，所述第一光束经由所述开关单元到达第一反射单元，所述第一反射光束经由所述开关单元到达所述第一分光单元，当所述光学开关位于第二位置，所述第一光束依次经由所述开关单元和所述组合模块到达所述辅助测量装置，并形成第二反射光束，所述第二反射光束依次经由所述组合模块和所述开关单元到达所述第一分光单元，所述光学开关以预设频率在第一位置和第二位置之间来回摆动；所述相对测距模块产生所述第二光束，所述第二光束到达所述辅助测量装置并形成第三反射光束，所述相对测距模块基于所述第三反射光束的相位变化计算所述辅助测量装置的位移。
在这种情况下，能够同时利用绝对测距和相对测距的方法获得辅助测量装置的位置。同时，由于相对测距的测距速度高于绝对测距的测距速度，能够提高测距的速度。同时，能够利用开关单元将绝对测距模块中的光路系统分成参考光路和测距光路，同时由于未使用分光镜形成参考光路和测距光路，简化了光路结构，较少了因分光镜而导致的降低了光束的强度的可能性。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述绝对测距模块还包括设置于所述第一分光单元和所述开关单元之间的第一耦合单元、以及设置于所述第一反射单元和所述开关单元之间的第二耦合单元，所述第一耦合单元与所述开关单元通过光纤连接，所述开关单元与所述第二耦合单元通过光纤连接，所述开关单元与设置于所述组合模块的第三耦合单元通过光纤连接，所述光纤为保偏光纤。在这种情况下，能够利用第一耦合单元将第一光束耦合进保偏光纤中，进而能够令光束在光纤传播的过程中保持稳定的偏振态，同时能够利用第二耦合单元和第三耦合单元将保偏光纤中的第一光束(传输光)转变成准直光(平行光)。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述开关单元和所述第二耦合单元之间的光纤长度与所述开关单元和所述第三耦合单元之间的光纤长度相同。在这种情况下，能够平衡绝对测距模块的参考光路和测量光路经过的光纤长度，进而能够减少因温度变化而导致的光纤光程变化造成的误差。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述第一波片设置于所述第二耦合单元和所述第一反射单元之间，当所述光学开关位于第一位置，所述第一光束依次到达所述第二耦合单元、所述第一波片、和所述第一反射单元；当所述光学开关位于第二位置，所述第一光束到达所述组合模块并依次经过的所述第三耦合单元和第二波片；所述第一波片和所述第二波片为1/4波片。在这种情况下，第一光束和第一反射光束之间可以经过两次1/4波片进而能够使上文所述的正交的两个线偏振光(例如线偏振光a和线偏振光b)的偏振方向旋转90°，同时，能够利用第二波片将第一光束转变成圆偏振光，进而能够提高第一光束在大气中的抗干扰能力。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述绝对测距模块还包括用于将光信号转换为电信号的第一传感单元，当所述光学开关位于第一位置，所述第一分光单元将所述第一反射光束反射至所述第一传感单元，当所述光学开关位于第二位置，所述第一分光单元将所述第二反射光束反射至所述第一传感单元。在这种情况下，能够将第一反射光束反射至第一传感单元，进而能够利用处理模块计算绝对测距模块的参考光路的距离为第一距离，同时能够将第二反射光束反射至第一传感单元，进而能够利用处理模块计算绝对测距模块的测量光路的距离为第二距离。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述相对测距模块包括用于产生所述第二光束的第二发射单元、接收所述第二光束并对所述第二光束进行分束的第二分光单元、用于反射所述第二光束并形成第四反射光束的第二反射单元、以及用于接收所述第三反射光束和第四反射光束形成的干涉信息的计数单元，所述第二光束依次经由所述第二分光单元和所述组合模块到达所述辅助测量装置并形成所述第三反射光束，所述第三反射光束和所述第四反射光束经由所述第二分光单元到达所述计数单元，在所述第二发射单元和所述第二分光单元之间设置有第三波片，所述第二分光单元和所述第二反射单元之间设置有第四波片。在这种情况下，能够利用第三反射光束和第四反射光束在第二分光单元25反射后发生干涉，进而能够根据计数单元29收集到的干涉信息判断第四反射光束的光程的变化。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述相对测距模块还包括第四耦合单元和第五耦合单元，所述第四耦合单元设置于所述第二分光单元和所述第二反射单元之间，所述第五耦合单元设置于所述第二分光单元和所述组合模块之间，所述第四耦合单元与所述第二反射单元之间通过光纤连接，所述第五耦合单元和设置于所述组合模块的第六耦合单元通过光纤连接，所述第四耦合单元与所述第二反射单元之间的光纤长度与所述第五耦合单元和所述第六耦合单元之间的光纤长度相同。在这种情况下，能够以保持相对测距模块的参考光路的光纤和测量光路的光纤处于相同环境，使得光纤光程的变化基本一致，从而能够保证干涉测距精度。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述组合模块包括第三分光单元和位置传感单元，所述第三分光单元配置为将所述第二反射光束和/或所述第三反射光束反射至位置传感单元以测量所述辅助测量装置的位置是否发生变化。在这种情况下，能够根据位置传感单元的反馈信号对测距主机的姿态进行调整，进而能够实现对辅助测量装置的跟踪功能。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述组合模块还包括二向色棱镜，所述二向色棱镜配置为接收来自所述第三耦合单元的所述第一光束和来自所述第六耦合单元的所述第二光束，并对所述第一光束和所述第二光束进行合束处理。在这种情况下，能够实现第一光束和第二光束进行合束处理。
另外，在本发明所涉及的测距系统中，可选地，所述组合模块还包括波分复用器，所述波分复用器配置为将位于光纤中的所述第一光束和所述第二光束合束并发送至所述第六耦合单元。在这种情况下，能够降低合束装调难度和提高合束精度，提高工程化能力。
根据本发明，能够提供一种有效减小由于电学部件和光学部件的抖动和漂移而引入的误差的具有光学开关的测距系统。
附图说明
图1是本发明所涉及的测距系统的应用场景示意图。
图2是本发明所涉及的测距系统的结构示意图。
图3是本发明所涉及的测距系统的绝对测距模块的示意图。
图4是本发明所涉及的绝对测距模块的光学开关位于第一位置时的示意图。
图5是本发明所涉及的绝对测距模块的光学开关位于第二位置时的示意图。
图6是本发明所涉及的测距系统的相对测距模块的示意图。
图7是本发明所涉及的测距系统的组合模块的示意图。
图8是本发明所涉及的测距系统的组合模块的另一种实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
本发明提供一种具有光学开关的测距系统，是包括测距主机和辅助测量装置的测距系统，其特征在于，测距主机包括：利用第一光束以获得测距主机与辅助测量装置的距离的绝对测距模块、利用第二光束以获得辅助测量装置的位移的相对测距模块、以及用于合并第一光束和第二光束并发射至辅助测量装置的组合模块。在这种情况下，能够同时利用绝对测距和相对测距的方法获得辅助测量装置的位置。同时，由于相对测距的测距速度高于绝对测距的测距速度，由此，相对于只是用绝对测距的方法能够提高测距的速度。
在一些示例中，绝对测距模块可以包括用于产生第一光束的第一发射单元、对第一光束进行调制的调制单元、用于反射第一光束并形成第一反射光束的第一反射单元、用于接收第一光束和第一反射光束并对第一光束和第一反射光束进行分束的第一分光单元、具有光学开关并用于控制第一光束的路径的开关单元、以及设置于开关单元与第一反射单之间的第一波片。
在一些示例中，当光学开关位于第一位置，第一光束经由开关单元到达第一反射单元，第一反射光束经由开关单元到达第一分光单元。
在一些示例中，当光学开关位于第二位置，第一光束依次经由开关单元和组合模块到达辅助测量装置，并形成第二反射光束，第二反射光束依次经由组合模块和开关单元到达第一分光单元。在这种情况下，能够利用开关单元将绝对测距模块中的光路系统分成参考光路和测距光路，同时由于未使用分光镜形成参考光路和测距光路，简化了光路结构，较少了因分光镜而导致的降低了光束的强度的可能性。
在一些示例中，光学开关以预设频率在第一位置和第二位置之间来回摆动。在这种情况下，能够减少参考光路和测距光路之间相互影响的情况发生。
在一些示例中，相对测距模块产生第二光束，第二光束到达辅助测量装置并形成第三反射光束，相对测距模块基于第三反射光束的相位变化计算辅助测量装置的位移。在这种情况下，能够利用第三反射光束的相位信息确定辅助测量装置的位移，同时由于相对测距的测距速度高于绝对测距的测距速度，能够提高测距系统的测距速度。
在一些示例中，具有光学开关的测距系统也可以称为精密测距体统、激光测距系统、或测距系统等。
以下通过附图进一步说明本发明所涉及的具有光学开关的测距系统。
图1是本发明所涉及的测距系统的应用场景示意图。图2是本发明所涉及的测距系统的结构示意图。图3是本发明所涉及的测距系统的绝对测距模块的示意图。图4是本发明所涉及的绝对测距模块的光学开关位于第一位置时的示意图。图5是本发明所涉及的绝对测距模块的光学开关位于第二位置时的示意图。
在一些示例中，如图1和图2所示，测距系统1可以包括测距主机10和辅助测量装置20。在一些示例中，测距主机10可以包括绝对测距模块100、相对测距模块200和组合模块300。在一些示例中，绝对测距模块100可以产生第一光束，相对测距模块200可以产生第二光束，第一光束和第二光束可以通过组合模块300进行组合并发射至辅助测量装置20。
在一些示例中，如图1所示，绝对测距模块100和相对测距模块200可以设置于测距主机10的两侧，组合模块300可以设置于光束指向单元中。在这种情况下，能够提高测距主机10的集成度，有利于优化测距主机10光束指向单元的结构尺寸，进而能够减轻了光束指向单元的重量，从而能够降低了旋转电机的负载。
在一些示例中，测距主机10还可以包括处理模块(未图示)，处理模块可以被配置为根据传感单元(例如第一传感单元13、第二传感单元和位置传感单元37等)接收的信号进行计算，并获得辅助测量装置20与测距主机10的距离(绝对距离)和辅助测量装置20的位移(相对距离)。
在一些示例中，第一光束和第二光束可以是激光束。在这种情况下，能够提高测试精度。
在一些示例中，第一光束可以是具有第一预设波长的第一光源(也即第一发射单元11)发出的光束。在一些示例中，第一光源(也即第一发射单元11)可以是半导体激光二极管(LD)，也可以是具有一定波长带宽的超辐射发光二极管。在一些示例中，第一光束可以是第一预设波长的范围在700nm至1550nm之间的近红外光。优选地，第一预设波长可以为780nm、850nm、905nm、940nm等。
在一些示例中，第二光束可以是具有第二预设波长的第二光源(也即第二发射单元20)发出的光束。在一些示例中，第二光源(也即第二发射单元20)尤其需要具有较长的相干长度，例如多达几十米甚至百米，例如第二光源(也即第二发射单元20)可以是氦氖激光器或激光二极管。在这种情况下，能够保证第二光束的远距离传输。
第二预设波长的范围可以在500nm至700nm之间的可见光，例如第二预设波长可以为532nm、632.8nm、635nm等典型可见光激光光源的波长。在这种情况下，有利于光束指示对准。
在一些示例中，辅助测量装置20可以同于接收第一光束并形成第二反射光束，辅助测量装置20也可以同于接收第二光束并形成第三反射光束。在这种情况下，能够将带有辅助测量装置20的位置信息或位移信息的反射光束反射至测距主机10。
在一些示例中，辅助测量装置20可以包括角锥棱镜(后向反射镜)。在这种情况下，能够形成于入射光束的方向相反的反射光束，进而能够令第二反射光束和第三反射光束被测距主机10接收。
在一些示例中，辅助测量装置20可以安装于任意位置，因此能够测量测距主机10与任一位置之间的距离。
在一些示例中，如图3所示，绝对测距模块100可以包括用于产生第一光束的第一发射单元11、对第一光束进行调制的调制单元14、用于反射第一光束并形成第一反射光束的第一反射单元19、用于接收第一光束和第一反射光束并对第一光束和第一反射光束进行分束的第一分光单元12、具有光学开关并用于控制第一光束的路径的开关单元16、以及设置于开关单元16与第一反射单元19之间的第一波片18。
在一些示例中，第一发射单元11可以为准直光源，例如第一发射单元11可以为激光二极管(LD)或超辐射发光二极管(SLED)。
在一些示例中，第一分光单元12可以为偏振分束器，在一些示例中，第一分光单元12可以呈45°方向布置。在这种情况下，第一发射单元11产生的第一光束到达第一分光单元12后能够变成45°线偏振光。
在一些示例中，可以通过第一分光单元12到达调制单元14。在这种情况下，能够对第一光束进行光调制。
在一些示例中，调制单元14可以为电光晶体。在一些示例中，调制单元14可以以光轴与偏振分束器的成45°的方式设置。在这种情况下，第一光束通过偏振分束器后变成的45°线偏振光，进而第一光束能够被分解为正交的两个线偏振光(例如线偏振光a和线偏振光b)，调制单元14能够对线偏振光a(线偏振光b)进行调制。
在一些示例中，如图3所示，绝对测距模块100还可以包括设置于第一分光单元12和开关单元16之间的第一耦合单元15、以及设置于第一反射单元19和开关单元16之间的第二耦合单元17，第一耦合单元15与开关单元16通过光纤连接，开关单元16与第二耦合单元17通过光纤连接，开关单元16与设置于组合模块300的第三耦合单元31(后续描述)通过光纤连接，光纤可以为保偏光纤。在一些示例中，第一耦合单元15可以为光纤耦合器，第二耦合单元17和第三耦合单元31可以为光纤准直器，其中，第三耦合单元31可以为光纤扩束准直器。在这种情况下，能够利用第一耦合单元15将第一光束耦合进保偏光纤中，进而能够令光束在光纤传播的过程中保持稳定的偏振态，同时能够利用第二耦合单元17和第三耦合单元31将保偏光纤中的第一光束(传输光)转变成准直光(平行光)。
在一些示例中，开关单元16和第二耦合单元17之间的光纤也可以称为补偿光纤，开关单元16和第二耦合单元17之间的光纤长度与开关单元16和第三耦合单元31之间的光纤长度相同。在一些示例中，可以通过调节开关单元16和第二耦合单元17之间的光纤长度以使开关单元16和第二耦合单元17之间的光纤长度与开关单元16和第三耦合单元31之间的光纤长度相同。在这种情况下，能够平衡绝对测距模块100的参考光路和测量光路经过的光纤长度，进而能够减少因温度变化而导致的光纤光程变化造成的误差。
在一些示例中，如图3所示，绝对测距模块100可以开关单元16，开关单元16可以具有光学开关。在一些示例中，光学开关可以为光纤开关。例如，光学开关可以为机械式光纤开关、MEMS光纤开关等光纤开关。
在一些示例中，光学开关可以位于第一位置或第二位置。在一些示例中，当光学开关位于第一位置，第一光束可以到达绝对测距模块100的参考光路。当光学开关位于第二位置，第一光束可以到达绝对测距模块100的测量光路。在这种情况下，能够利用开关单元16控制第一光束的路径。
在一些示例中，如图4所示，当光学开关位于第一位置，第一光束可以通过补偿光纤到达第二耦合单元17，经过第二耦合单元17后可以依次到达第一波片18和第一反射单元19。换言之，第一波片18设置于第二耦合单元17和第一反射单元19之间，当光学开关位于第一位置，第一光束依次到达第二耦合单元17、第一波片18、和第一反射单元19。在一些示例中，第一波片18可以是1/4波片。在这种情况下，第一光束和第一反射光束之间可以经过两次1/4波片进而能够使上文所述的正交的两个线偏振光(例如线偏振光a和线偏振光b)的偏振方向旋转90°。
在一些示例中，如上所述，经过第一波片18的第一反射光束可以是包括偏振方向旋转90°的正交的两个线偏振光(线偏振光a和线偏振光b)。当正交的两个线偏振光到达调制单元14后，调制单元14可以对第一反射光束中的一束线偏振光进行光调制。具体而言，若调制单元14对第一光束中的线偏振光a附加光调制，而对另一正交的线偏振光b不附加调制，则在光学开关位于第一位置时，经过第一反射单元19的光再次经过第一波片18后，线偏振光a和线偏振光b的偏振方向分别旋转90°，第一反射光束回到调制单元14时，调制单元14会对第一反射光束中的线偏振光b附加光调制，而对另一正交的线偏振光a不附加调制。若调制单元14对第一光束中的线偏振光b进行了光调制，则在光学开关位于第一位置时，调制单元14会对第一反射光束中的线偏振光a进行了光调制。其中，第一反射光束中的线偏振光a和线偏振光b经过第一分光单元12的反射分量会发生干涉。在这种情况下，能够根据干涉信息计算绝对测距模块100的参考光路的距离。
在一些示例中，如图5所示，在一些示例中，当所述光学开关位于第二位置，所述第一光束到达所述组合模块300并依次经过的第三耦合单元31和第二波片32，第二波片32为1/4波片。在这种情况下，能够利用第二波片32将第一光束转变成圆偏振光，进而能够提高第一光束在大气中的抗干扰能力。
在一些示例中，经过第二波片32的第二反射光束可以是包括偏振方向旋转90°的正交的两个线偏振光(线偏振光a和线偏振光b)。当正交的两个线偏振光到达调制单元14后，调制单元14可以对第二反射光束中的一束线偏振光进行光调制。具体而言，若调制单元14对第一光束中的线偏振光a进行了光调制，则在光学开关位于第二位置时，调制单元14会对第二反射光束中的线偏振光b进行了光调制。若调制单元14对第一光束中的线偏振光b进行了光调制，则在光学开关位于第二位置时，调制单元14会对第二反射光束中的线偏振光a进行了光调制。其中，第二反射光束中的线偏振光a和线偏振光b经过第一分光单元12的反射分量会发生干涉。在这种情况下，能够根据干涉信息计算绝对测距模块100的测量光路的距离。
在一些示例中，绝对测距模块100还包括用于将光信号转换为电信号的第一传感单元13，当光学开关位于第一位置，第一分光单元12将第一反射光束反射至第一传感单元13，当光学开关位于第二位置，第一分光单元12将第二反射光束反射至第一传感单元13。在这种情况下，能够将第一反射光束反射至第一传感单元13，进而能够利用处理模块计算绝对测距模块100的参考光路的距离为第一距离Lr，同时能够将第二反射光束反射至第一传感单元13，进而能够利用处理模块计算绝对测距模块100的测量光路的距离为第二距离Lm。
在一些示例中，绝对测距模块100还包括第二传感单元(未图示)，第一传感单元13和第二传感单元可以分别设置于第一分光单元12的相对两侧。在这种情况下，第一光束可以通过第一分光单元12反射至第二传感单元，进而能够利用第二传感单元监测第一光束的稳定性，并且能够基于第二传感单元的传感信号对第一发射单元11进行反馈调节。
在一些示例中，传感单元(例如第一传感单元13和第二传感单元)可以是光电探测器。在这种情况下，能够将传感单元(例如第一传感单元13和第二传感单元)接收到的光信号转换成电信号，进而能够交由处理模块处理。
在一些示例中，处理模块可以对第一距离Lr和第二距离Lm进行差分，例如，辅助测量装置20到坐标原点(例如测距主机10)的距离可以为第二距离Lm减去第一距离Lr。在这种情况下，能够得到同一时刻同一环境的精准稳定的距离值，同时能够利用差分处理的优势降低光学元件或电学元件的温变或时变引起的漂移误差，尤其光纤的温变导致的光纤光程变化带来的误差。
图6是本发明所涉及的测距系统1的相对测距模块200的示意图。
在一些示例中，如图6所述，相对测距模块200可以包括用于产生第二光束的第二发射单元20、接收第二光束并对第二光束进行分束的第二分光单元25、用于反射第二光束并形成第四反射光束的第二反射单元28、以及用于接收所述第三反射光束和第四反射光束形成的干涉信息的计数单元29。
在一些示例中，第二光束依次经由第二分光单元25和组合模块300到达辅助测量装置20并形成第三反射光束，第三反射光束和第四反射光束经由第二分光单元25到达计数单元29。在这种情况下，能够利用第三反射光束和第四反射光束在第二分光单元25反射后发生干涉，进而能够根据计数单元29收集到的干涉信息判断第四反射光束的光程的变化。
在第二发射单元20和第二分光单元25之间设置有第三波片24，第二分光单元25和第二反射单元28之间设置有第四波片26。
在一些示例中，第四波片26和计数单元29可以分别设置于第二分光单元25相对的两侧。在这种情况下，第二光束可以在第二分光模块发生反射并进入相对测距模块200的参考光路，第二光束可以在第二分光模块发生透射并进入相对测距模块200的参考光路，第三反射光束可以在第二分光模块发生反射并进入计数单元29，第四反射光束可以在第二分光模块发生透射并进入计数单元29。
在一些示例中，计数单元29可以用于记录干涉条纹的变化，进而能够获得第三反射光束和第四反射光束的相位差，从而能够计算辅助测量装置20的移动距离。
在一些示例中，第三波片24可以是半波片，在这种情况下，能够通过调整第三波片24的放置角度来调整第二光束的偏振态，进而能够控制第二光束在第二分光单元25中的分光比例，也即可以调整通过进入相对测距模块200的参考光路和测量光路的光束强度的比例。
在一些示例中，第四波片26可以是1/4波片。在这种情况下，由于第二光束通过第六耦合单元38进入组合模块300后，需要经由第六波片36(1/4波片)变成圆偏振光，由此能够令第二光束在相对测距模块200中的参考光路和测量光路的偏振变化方式相同。
在一些示例中，相对测距模块200还包括第四耦合单元27a和第四耦合单元27b，第四耦合单元27a设置于第二分光单元25和第二反射单元28之间，第四耦合单元27b设置于第二分光单元25和组合模块300之间，第四耦合单元27a与第二反射单元28之间通过光纤连接，第四耦合单元27b和设置于组合模块300的第六耦合单元38通过光纤连接，第四耦合单元27a与第二反射单元28之间的光纤长度与第四耦合单元27b和第六耦合单元38之间的光纤长度相同。例如，第四耦合单元27a与第二反射单元28之间的光纤可以与第四耦合单元27b和第六耦合单元38之间的光纤捆绑布置。在这种情况下，能够保持相对测距模块200的参考光路的光纤和测量光路的光纤处于相同环境，使得光纤光程的变化基本一致，从而能够保证干涉测距精度。
在一些示例中，相对测距模块200还可以包括隔离器23，在这种情况下，能够隔离第二发射单元20和反射光束(例如第三反射光束和第四反射光束)，进而能够提高第二发射单元20的稳定性。
在一些示例中，相对测距模块200还可以包括稳频单元21，在这种情况下，能够进一步提高第二发射单元20的发射的第二光束的频率的稳定性。
图7是本发明所涉及的测距系统1的组合模块300的示意图。图8是本发明所涉及的测距系统1的组合模块300的另一种实施例的示意图。
在一些示例中，如图7和图8所示，组合模块300可以包括第三分光单元35和位置传感单元37，第三分光单元35配置为将第二反射光束和/或第三反射光束反射至位置传感单元37以测量辅助测量装置20的位置是否发生变化。在这种情况下，能够根据位置传感单元37的反馈信号对测距主机10的姿态进行调整，进而能够实现对辅助测量装置20的跟踪功能。
在一些示例中，位置传感单元37可以为PSD位置传感器。
在一些示例中，组合模块300还可以包括窗口34，窗口34可以设置于测距主机10的外壳，在这种情况下，第一光束和第二光束能够通过窗口34到达辅助测量装置20，并且第二发射光束和第三反射光束能够通过窗口34到达测距主机10的组合模块300。
在一些示例中，组合模块300可以包括第三耦合单元31和第二波片32，第三耦合单元31配置为接收来自绝对测距模块100的第一光束，并将在光纤中的第一光束转变为准直光。第二波片32配置为接收来自第三耦合单元31的第一光束，并将转变为圆偏振光。
在一些示例中，组合模块300可以包括第六耦合单元38和第六波片36，第六耦合单元38配置为接收来自相对测距模块200的第二光束，并将在光纤中的第二光束转变为准直光。第六波片36配置为接收来自第六耦合单元38的第二光束，并将转变为圆偏振光。
在一些示例中，如图7所示，组合模块300可以包括二向色棱镜33，二向色棱镜33配置为接收来自第三耦合单元31的第一光束和来自第六耦合单元38的第二光束，并对第一光束和第二光束进行合束处理。在这种情况下，能够实现第一光束和第二光束进行合束处理。
在一些示例中，二向色棱镜33可以设置于窗口34和第三分光单元35之间。
在一些示例中，如图8所示，组合模块300包括波分复用器39，波分复用器39配置为将位于光纤中的第一光束和第二光束合束并发送至组合模块300的第六耦合单元38。具体而言，第一光束和第二光束通过光纤进入组合模块300时，可以先进入波分复用器39进行合束处理，并进入第六耦合单元38。在这种情况下，能够降低合束装调难度和提高合束精度，提高工程化能力。
在一些示例中，如图8所示，可以将组合模块300中的第三耦合单元31和第六耦合单元38合并，将第二波片32和第六波片36合并。换言之，可以令第六耦合单元38配置为接收来自绝对测距模块100的第一光束，并将在光纤中的第一光束转变为准直光。第六波片36配置为接收来自第三耦合单元31的第一光束，并将转变为圆偏振光。
虽然以上结合附图和示例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种具有光学开关的测距系统，是包括测距主机和辅助测量装置的测距系统，其特征在于，所述测距主机包括：利用第一光束以获得所述测距主机与所述辅助测量装置的距离的绝对测距模块、利用第二光束以获得所述辅助测量装置的位移的相对测距模块、以及用于合并所述第一光束和所述第二光束并发射至所述辅助测量装置的组合模块，所述绝对测距模块包括用于产生所述第一光束的第一发射单元、对所述第一光束进行调制的调制单元、用于反射所述第一光束并形成第一反射光束的第一反射单元、用于接收所述第一光束和所述第一反射光束并对所述第一光束和所述第一反射光束进行分束的第一分光单元、具有光学开关并用于控制所述第一光束的路径的开关单元、以及设置于所述开关单元与所述第一反射单元之间的第一波片，当所述光学开关位于第一位置，所述第一光束经由所述开关单元到达第一反射单元，所述第一反射光束经由所述开关单元到达所述第一分光单元以获得反射分量，当所述光学开关位于第二位置，所述第一光束依次经由所述开关单元和所述组合模块到达所述辅助测量装置，并形成第二反射光束，所述第二反射光束依次经由所述组合模块和所述开关单元到达所述第一分光单元以获得反射分量，所述光学开关以预设频率在第一位置和第二位置之间来回摆动；所述相对测距模块产生所述第二光束，所述第二光束到达所述辅助测量装置并形成第三反射光束，所述相对测距模块基于所述第三反射光束的相位变化计算所述辅助测量装置的位移。
2.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，
所述绝对测距模块还包括设置于所述第一分光单元和所述开关单元之间的第一耦合单元、以及设置于所述第一反射单元和所述开关单元之间的第二耦合单元，所述第一耦合单元与所述开关单元通过光纤连接，所述开关单元与所述第二耦合单元通过光纤连接，所述开关单元与设置于所述组合模块的第三耦合单元通过光纤连接，所述光纤为保偏光纤。
3.根据权利要求2所述的测距系统，其特征在于，
所述开关单元和所述第二耦合单元之间的光纤长度与所述开关单元和所述第三耦合单元之间的光纤长度相同。
4.根据权利要求2或3所述的测距系统，其特征在于，
所述第一波片设置于所述第二耦合单元和所述第一反射单元之间，当所述光学开关位于第一位置，所述第一光束依次到达所述第二耦合单元、所述第一波片、和所述第一反射单元；当所述光学开关位于第二位置，所述第一光束到达所述组合模块并依次经过的所述第三耦合单元和第二波片；所述第一波片和所述第二波片为1/4波片。
5.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，
所述绝对测距模块还包括用于将光信号转换为电信号的第一传感单元，当所述光学开关位于第一位置，所述第一分光单元将所述第一反射光束反射至所述第一传感单元，当所述光学开关位于第二位置，所述第一分光单元将所述第二反射光束反射至所述第一传感单元。
6.根据权利要求2所述的测距系统，其特征在于，
所述相对测距模块包括用于产生所述第二光束的第二发射单元、接收所述第二光束并对所述第二光束进行分束的第二分光单元、用于反射所述第二光束并形成第四反射光束的第二反射单元、以及用于接收所述第三反射光束和第四反射光束形成的干涉信息的计数单元，
所述第二光束依次经由所述第二分光单元和所述组合模块到达所述辅助测量装置并形成所述第三反射光束，所述第三反射光束和所述第四反射光束经由所述第二分光单元到达所述计数单元，
在所述第二发射单元和所述第二分光单元之间设置有第三波片，所述第二分光单元和所述第二反射单元之间设置有第四波片。
7.根据权利要求6所述的测距系统，其特征在于，
所述相对测距模块还包括第四耦合单元和第五耦合单元，所述第四耦合单元设置于所述第二分光单元和所述第二反射单元之间，所述第五耦合单元设置于所述第二分光单元和所述组合模块之间，所述第四耦合单元与所述第二反射单元之间通过光纤连接，所述第五耦合单元和设置于所述组合模块的第六耦合单元通过光纤连接，所述第四耦合单元与所述第二反射单元之间的光纤长度与所述第五耦合单元和所述第六耦合单元之间的光纤长度相同。
8.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，
所述组合模块包括第三分光单元和位置传感单元，所述第三分光单元配置为将所述第二反射光束和/或所述第三反射光束反射至位置传感单元以测量所述辅助测量装置的位置是否发生变化。
9.根据权利要求7所述的测距系统，其特征在于，
所述组合模块还包括二向色棱镜，所述二向色棱镜配置为接收来自所述第三耦合单元的所述第一光束和来自所述第六耦合单元的所述第二光束，并对所述第一光束和所述第二光束进行合束处理。
10.根据权利要求7所述的测距系统，其特征在于，
所述组合模块还包括波分复用器，所述波分复用器配置为将位于光纤中的所述第一光束和所述第二光束合束并发送至所述第六耦合单元。
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