CN114966724B

CN114966724B - 测距装置及测距方法

Info

Publication number: CN114966724B
Application number: CN202210890443.7A
Authority: CN
Inventors: 王三宏; 金少峰; 杨灏
Original assignee: Shenzhen Sincevision Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Sincevision Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2042-07-27
Also published as: CN114966724A

Abstract

本申请提供了一种测距装置及测距方法。测距装置包括：宽谱光源，用于输出初始高斯光束；光分合器，用于将初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束；测距探头，用于将第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并输出至待测物面，并将返回的第一光束转换为第二光束；参考组件，透镜组件用于将第二高斯光束转换为第三光束出射至参考物面，并将返回的第四光束转换为第五光束；光分合器还用于将第五光束与第二光束合束为第六光束；光谱仪，接收第六光束并进行功率谱测量得到干涉功率谱；以及数据处理机，接收干涉功率谱并计算光程差。本申请提供的测距装置在提高横向采样分辨率的同时，还提高了纵向测距量程，并保持了量程范围内横向采样分辨率的一致。

Description

测距装置及测距方法

技术领域

本申请涉及测量距离领域，具体涉及一种测距装置及测距方法。

背景技术

谱干涉位移计广泛用于微位移测量、外观轮廓测量等在线检测领域，通常采用会聚的高斯光束进行距离测量，其量程一般受限于高斯光束束腰两侧的瑞利长度。为了获得高横向采样分辨率，以匹配其高纵向测量精度，谱干涉位移计在测量范围内的光束半径不能太大，但高斯光束的束腰尺寸越小，其瑞利长度越短，因此谱干涉位移计的量程往往较小。

发明内容

第一方面，本申请实施方式提供了一种测距装置。所述测距装置包括：

宽谱光源，用于输出初始高斯光束；

光分合器，用于将所述初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束；

测距探头，用于将所述第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并发射出去，所述测距探头包括第一凸锥透镜，所述第一凸锥透镜用于输出所述第一贝塞尔光束至待测物面，其中，所述第一贝塞尔光束具有无衍射区段，所述测距探头还用于接收被待测物面沿原光路反射或后向散射所述第一贝塞尔光束形成的第一光束，并将所述第一光束转换为会聚的第二光束至所述光分合器；

参考组件，包括透镜组件及参考物面，所述透镜组件用于将所述第二高斯光束转换为会聚的第三光束后发射至所述参考物面，并接收被参考物面沿原光路反射或后向散射第三光束形成的第四光束，所述透镜组件还用于将所述第四光束转换为会聚的第五光束至所述光分合器，所述第五光束与所述第二光束经由所述光分合器合束后发生干涉形成第六光束；

光谱仪，接收所述第六光束，用于对其进行功率谱测量得到干涉功率谱；

以及数据处理机，电连接所述光谱仪，用于接收所述干涉功率谱，并根据所述干涉功率谱计算光程差，进而计算所述待测物面相对于等效参考物面的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。

其中，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段的长度与入射至所述第一凸锥透镜的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜的底角角度成反比。

其中，所述测距探头还包括：

第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；

所述第一凸锥透镜设于所述第三高斯光束的束腰处，用于将所述第三高斯光束转换为所述第一贝塞尔光束并发射出去，所述第一凸锥透镜还用于接收第一光束，并将所述第一光束转换为准直的第七光束至所述第一准直镜，所述第七光束经由所述第一准直镜转换为所述第二光束；

所述透镜组件包括：

第二准直镜，所述第二准直镜用于将所述第二高斯光束转换为准直的第四高斯光束；

以及聚焦透镜，设于所述第四高斯光束的束腰处，用于将所述第四高斯光束转换为所述第三光束，还用于接收所述第四光束并转换为准直的第八光束至所述第二准直镜，所述第八光束经由所述第二准直镜转换为所述第五光束。

其中，所述第一准直镜的厚度及外径与所述第二准直镜的厚度及外径相等；

所述聚焦透镜为凸锥透镜，所述聚焦透镜与所述第一凸锥透镜相同；

或者，所述聚焦透镜为非凸锥透镜，所述透镜组件还包括：

色散补偿器，所述色散补偿器设于所述第二准直镜与所述聚焦透镜之间，用于补偿参考光路与样品光路之间的色散，其中，所述参考光路为所述光分合器与所述参考物面之间的传输光路，所述样品光路为所述光分合器与所述待测物面之间的传输光路。

其中，所述测距探头还包括：

凹锥透镜，所述凹锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第一环形空心光束；

以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述凹锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第一环形空心光束转换为准直的第二环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

其中，所述测距探头还包括：

第三凸锥透镜，所述第三凸锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第三环形空心光束；

以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述第三凸锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述第三环形空心光束转换为准直的第四环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

其中，所述测距装置还包括：

遮光罩，包括至少一个光阑，所述遮光罩对应所述第一凸锥透镜设置，且位于所述第一凸锥透镜背离所述光分合器一侧，所述遮光罩用于对所述第一光束中的杂散光进行遮光过滤。

第二方面，本申请实施方式还提供了一种测距方法，所述测距方法包括：

投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束；

接收所述第一光束转换为会聚的第二光束，接收所述第四光束转换为会聚的第五光束；

将所述第二光束及所述第五光束合束为干涉的第六光束，并对所述第六光束的干涉进行功率谱测量，得到干涉功率谱；

根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差，其中，所述第二光束的光程对应为投射所述第一贝塞尔光束至所述待测物面并返回的总光程，所述第五光束的光程对应为投射所述第三光束至所述参考物面并返回的总光程；

以及根据所述光程差计算出所述待测物面相对于等效参考物面之间的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。

其中，在所述“投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束”之后，在所述“接收所述第一光束转换为会聚的第二光束，接收所述第四光束转换为会聚的第五光束”之前，所述测距方法还包括：

对所述第一光束中的杂散光进行遮光过滤。

其中，所述“根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差”包括：

识别所述干涉功率谱中干涉光的强度主峰；

以及对所述干涉光的强度主峰的分布进行拟合计算，得出干涉光的精确光程差。

本申请提供了一种测距装置，所述测距装置包括宽谱光源、光分合器、测距探头、参考组件、光谱仪及数据处理机，所述光分合器将所述宽谱光源输出的初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束，所述测距探头用于将所述第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并经由所述第一凸锥透镜出射，所述参考组件中的透镜组件用于将所述第二高斯光束转换为第三光束出射，通过将所述第一贝塞尔光束照射在所述待测物面反射或后向散射形成的第一光束转换为第二光束，将所述第三光束照射在所述参考物面反射或后向散射形成的第四光束转换为第五光束，并将所述第二光束与所述第五光束合束后进行干涉测量以得到光程差，进而计算出所述待测物面相较于等效参考物面的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。其中，所述第一贝塞尔光束具有无衍射区段，所述第一贝塞尔光束在所述无衍射区段内能够保持数微米的横向尺寸不变，因此，利用所述第一贝塞尔光束在所述无衍射区段内进行距离测量保持高横向采样分辨率的同时提高了测量量程，且能够在量程范围内保持横向采样分辨率的一致性。因此，本申请提供的测距装置通过所述测距探头转换输出第一贝塞尔光束进行测距在提高横向采样分辨率的同时，还提高了纵向测距量程，且保持了量程范围内横向采样分辨率的一致。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施方式提供的测距装置的结构示意图；

图2为图1实施方式提供的测距装置输出光束的示意图；

图3为图1实施方式提供的测距装置接收光束的示意图；

图4为图1实施方式提供的测距装置中光分合器在一实施方式中的结构示意图；

图5为图1实施方式提供的测距装置中光分合器在另一实施方式中的结构示意图；

图6为图1实施方式提供的测距装置中第一凸锥透镜输出第一贝塞尔光束的示意图；

图7为图1实施方式提供的测距装置中一实施方式中测距探头输出光束的示意图；

图8为图7实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图；

图9为图7实施方式提供的测距装置中透镜组件输出光束的示意图；

图10为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件接收光束的示意图；

图11为图7实施方式提供的测距装置中测距探头的结构示意图；

图12为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件在一实施方式中的结构示意图；

图13为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件在另一实施方式中的结构示意图；

图14为图1实施方式提供的测距装置中另一实施方式中测距探头出射光束的示意图；

图15为图14实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图；

图16为图1实施方式提供的测距装置中又一实施方式中测距探头出射光束的示意图；

图17为图16实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图；

图18为本申请又一实施方式提供的测距装置的结构示意图；

图19为本申请一实施方式提供的测距方法的流程图；

图20为图19实施方式提供的测距方法中对第一光束进行处理的流程图；

图21为图19实施方式提供的测距方法中对光程差进行计算的流程图。

附图标号：测距装置1；宽谱光源10；光分合器20；光分束器21；光耦合器22；第一光纤环形器23；第一接口231；第二接口232；第三接口233；第二光纤环形器24；第四接口241；第五接口242；第六接口243；测距探头30；第一凸锥透镜31；第一准直镜32；凹锥透镜33；第二凸锥透镜34；第三凸锥透镜35；参考组件40；透镜组件41；第二准直镜411；聚焦透镜412；色散补偿器413；参考物面42；光谱仪50；数据处理机60；遮光罩70；光阑71；透光区域711；非透光区域712；初始高斯光束L10；第一高斯光束L11；第二高斯光束L12；第三高斯光束L13；第四高斯光束L14；第一贝塞尔光束L21；无衍射区段L211；第一光束L31；第二光束L32；第三光束L33；第四光束L34；第五光束L35；第六光束L36；第七光束L37；第八光束L38；第九光束L39；第十光束L310；第十一光束L311；第十二光束L312；第十三光束L313；第十四光束L314；第一环形空心光束L41；第二环形空心光束L42；第三环形空心光束L43；第四环形空心光束L44；待测物面W0；等效参考物面W1。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”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他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施方式提供了一种测距装置1。请参照图1、图2、图3、图4及图5，图1为本申请一实施方式提供的测距装置的结构示意图；图2为图1实施方式提供的测距装置输出光束的示意图；图3为图1实施方式提供的测距装置接收光束的示意图；图4为图1实施方式提供的测距装置中光分合器在一实施方式中的结构示意图；图5为图1实施方式提供的测距装置中光分合器在另一实施方式中的结构示意图。在本实施方式中，所述测距装置1包括宽谱光源10、光分合器20、测距探头30、参考组件40、光谱仪50以及数据处理机60。所述宽谱光源10用于输出初始高斯光束L10。所述光分合器20用于将所述初始高斯光束L10分束为第一高斯光束L11及第二高斯光束L12。所述测距探头30用于将所述第一高斯光束L11转换为第一贝塞尔光束L21并发射出去。所述测距探头30包括第一凸锥透镜31。所述第一凸锥透镜31用于输出所述第一贝塞尔光束L21至待测物面W0。其中，所述第一贝塞尔光束L21具有无衍射区段L211。所述测距探头30还用于接收被待测物面W0沿原光路反射或后向散射所述第一贝塞尔光束L21形成的第一光束L31，并将所述第一光束L31转换为会聚的第二光束L32至所述光分合器20。所述参考组件40包括透镜组件41及参考物面42。所述透镜组件41用于将所述第二高斯光束L12转换为会聚的第三光束L33后发射至所述参考物面42，并接收被参考物面42沿原光路反射或后向散射第三光束L33形成的第四光束L34。所述透镜组件41还用于将所述第四光束L34转换为会聚的第五光束L35至所述光分合器20。所述第五光束L35与所述第二光束L32经由所述光分合器20合束后发生干涉形成第六光束L36。所述光谱仪50用于接收所述第六光束L36，并进行功率谱测量得到干涉功率谱。所述数据处理机60电连接所述光谱仪50，用于接收所述干涉功率谱，并根据所述干涉功率谱计算光程差，进而计算所述待测物面W0与等效参考物面W1之间的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。其中，所述等效参考物面W1为所述参考物面42等效至与所述待测物面W0同一光束传输路径的物面。

所述等效参考物面W1为所述参考物面42等效至与所述待测物面W0同一光束传输路径的物面，即，所述等效参考物面W1在所述测距探头30出射所述第一贝塞尔光束L21的路径上，且光束经由所述光分合器20及所述透镜组件41传输至所述参考物面42的光程，等于光束经由所述光分合器20及所述测距探头30传输至所述等效参考物面W1的光程。

在本实施方式中，所述测距装置1用于光学测距。具体地，所述测距装置1将贝塞尔光束投射至待测物面W0，并投射另一束光束至参考物面42，通过对从所述待测物面W0反射的光束与从所述参考物面42反射的光束进行干涉得出光程差，进而计算所述待测物面W0与所述等效参考物面W1之间的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。其中，需要说明的是，光束从所述光分合器20传输至所述待测物面W0，并从所述待测物面W0返回所述光分合器20的光程为第一光程；光束从所述光分合器20传输至所述参考物面42，并从所述参考物面42返回所述光分合器20的光程为第二光程。所述光程差为所述第一光程与所述第二光程之差，所述待测物面W0与所述等效参考物面W1之间的距离指的是所述第一光程与所述第二光程之差的一半，即，所述光程差的一半。通过测量所述待测物面W0在多个位置与所述等效参考物面W1之间的距离，可计算出所述待测物面W0的位移变化。

在本实施方式中，通过光纤连接所述宽谱光源10及所述光分合器20、连接所述光分合器20及所述测距探头30、连接所述光分合器20及所述参考组件40以及连接所述光分合器20及所述光谱仪50，以使得光束在所述测距装置1内部进行传输。

在本实施方式中，所述宽谱光源10用于输出初始高斯光束L10，所述初始高斯光束L10为宽谱低相干光束。所述光分合器20用于将所述初始高斯光束L10转换为第一高斯光束L11及第二高斯光束L12。接下来对光束的两个传输路径进行描述。

第一个传输路径为所述光分合器20与所述测距探头30之间的传输。所述测距探头30将所述第一高斯光束L11转换为第一贝塞尔光束L21并发射出去。所述测距探头30包括第一凸锥透镜31，所述第一凸锥透镜31用于输出所述第一贝塞尔光束L21至所述待测物面W0。所述第一贝塞尔光束L21在所述待测物面W0沿原光路反射或后向散射形成第一光束L31。所述第一光束L31经由所述测距探头30转换为会聚的第二光束L32并传输至所述光分合器20。其中，所述第一贝塞尔光束L21具有无衍射区段L211，所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内能够保持数微米的横向尺寸不变，具有良好的光学测量特性。需要说明的是，无衍射是指光束的振幅分布不随传输距离发生变化。

第二个传输路径为所述光分合器20与所述参考组件40之间的传输。所述参考组件40包括透镜组件41及参考物面42。所述透镜组件41用于将所述第二高斯光束L12转换为会聚的第三光束L33，并出射至所述参考物面42。所述第三光束L33在所述参考物面42沿原光路反射或后向散射形成所述第四光束L34。所述第四光束L34经由所述透镜组件41转换为会聚的第五光束L35并传输至所述光分合器20。

所述第五光束L35与所述第二光束L32经由所述光分合器20合束后发生干涉形成第六光束L36。所述第六光束L36经由所述光分合器20耦合至所述光谱仪50，所述光谱仪50对所述第六光束L36进行功率谱测量得到所述第六光束L36的干涉功率谱。所述数据处理机60电连接所述光谱仪50，以接收所述干涉功率谱并根据所述干涉功率谱计算得出合束为所述第六光束L36的所述第五光束L35与所述第二光束L32之间的光程差，其中，所述第二光束L32的光程对应于所述第一光程，所述第五光束L35的光程对应所述第二光程。

此外，所述光分合器20包括光分束器21、光耦合器22、第一光纤环形器23以及第二光纤环形器24，或者，所述光分合器20仅包括光耦合器22。具体地，在一实施方式中（请参见图4），所述光分合器20包括所述光分束器21、光耦合器22、第一光纤环形器23以及第二光纤环形器24。所述第一光纤环形器23包括周向设置的第一接口231、第二接口232及第三接口233。所述第二光纤环形器24包括周向设置的第四接口241、第五接口242及第六接口243。所述第一接口231及所述第四接口241分别连接至所述光分束器21。所述第二接口232连接至所述测距探头30。所述第五接口242连接至所述参考组件40。所述第三接口233及所述第六接口243分别连接至所述光耦合器22。所述光分束器21用于将所述初始高斯光束L10分束为第一高斯光束L11及第二高斯光束L12。所述第一高斯光束L11经由所述第一光纤环形器23的第一接口231传输至所述第二接口232，并经由所述第二接口232传输至所述测距探头30。所述第二高斯光束L12经由所述第二光纤环形器24的第四接口241传输至所述第五接口242，并经由所述第五接口242传输至所述参考组件40。所述第二光束L32从所述测距探头30传输至所述第一光纤环形器23的第二接口232，并经由所述第二接口232传输至所述第三接口233，并经由所述第三接口233传输至所述光耦合器22。所述第五光束L35从所述参考组件40传输至所述第二光纤环形器24的第五接口242，并经由所述第五接口242传输至所述第六接口243，并经由所述第六接口243传输至所述光耦合器22。所述光耦合器22用于将所述第二光束L32与所述第五光束L35合束为第六光束L36。在另一实施方式中（请参见图5），所述光分合器20仅包括所述光耦合器22，所述光耦合器22用于将所述初始高斯光束L10分束为第一高斯光束L11及第二高斯光束L12，还用于将所述第二光束L32与所述第五光束L35合束为第六光束L36。

通常，采用会聚的高斯光束进行光学测距时，横向采样分辨率与测量量程存在互相制约关系。具体地，测距的横向采样分辨率受限于所述高斯光束的束腰半径，测量量程受限于所述高斯光束的瑞利长度。对于高斯光束而言，束腰半径越小，瑞利长度越短，反之，瑞利长度越长，束腰半径越大。因此，为了获得高横向采样分辨率以匹配高纵向测量精度，所述高斯光束的束腰半径不能太大，瑞利长度不能太长，导致测量量程较短；反之，为了获得大量程，则横向采样分辨率不能太高。此外，随着距离所述高斯光束的束腰越远，所述高斯光束的半径越大，从而导致在测量量程范围内横向采样分辨率不一致，且测距位置越偏离所述高斯光束的束腰，横向采样分辨率越低。

本申请提供的测距装置1，采用所述测距探头30将高斯光束转换为贝塞尔光束进行光学测距。第一方面，采用高斯光束进行高横向采样分辨率测量仅限于高斯光束的束腰附近区域，使得测量量程小，相比于高斯光束，贝塞尔光束能够在较长的传输范围内具有满足高横向采样分辨率要求的光束横截面，因此，采用贝塞尔光束进行测距的量程大。例如，在横向采样分辨率保持为3μm精度的情况下，所述测距装置1采用所述第一贝塞尔光束L21进行测距的量程为采用高斯光束测距的量程的5倍、10倍或20倍等。因此，本申请提供的所述测距装置1能够通过所述测距探头30转换光束输出所述第一贝塞尔光束L21进行距离测量提高纵向测距量程。第二方面，由于高斯光束仅在束腰附件具有满足高横向采样分辨率要求的横截面，且随着距离束腰越远，横向采样分辨率越低，从而导致采用高斯光束在量程范围内的不同位置进行距离测量的横向采样分辨率参差不齐，相比于高斯光束，贝塞尔光束在较长的量程范围内均能够保持高横向采样分辨率不变，使得在量程范围内进行距离测量的横向采样分辨率保持一致，提高了距离测量精度。例如，在所述无衍射区段L211内，所述测距装置1采用所述第一贝塞尔光束L21进行测距的横向采样分辨率保持为1μm、3μm或5μm等精度不变。因此，本申请提供的所述测距装置1能够通过所述测距探头30转换光束输出所述第一贝塞尔光束L21进行距离测量保持横向采样分辨率的一致。

综上所述，本申请提供了一种测距装置1，所述测距装置1包括宽谱光源10、光分合器20、测距探头30、参考组件40、光谱仪50及数据处理机60，所述光分合器20将所述宽谱光源10输出的初始高斯光束L10分束为第一高斯光束L11及第二高斯光束L12，所述测距探头30用于将所述第一高斯光束L11转换为第一贝塞尔光束L21并经由所述第一凸锥透镜31出射，所述参考组件40中的透镜组件41用于将所述第二高斯光束L12转换为第三光束L33出射，通过将所述第一贝塞尔光束L21照射在所述待测物面W0反射或后向散射形成的第一光束L31转换为第二光束L32，将所述第三光束L33照射在所述参考物面42反射或后向散射形成的第四光束L34转换为第五光束L35，并将所述第二光束L32与所述第五光束L35合束后进行干涉测量以得到光程差，进而计算出所述待测物面W0相较于等效参考物面W1的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。其中，所述第一贝塞尔光束L21具有无衍射区段L211，所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内能够保持数微米的横向尺寸不变，因此，利用所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内进行距离测量保持高横向采样分辨率的同时提高了测量量程，且能够在量程范围内保持横向采样分辨率的一致性。因此，本申请提供的测距装置1通过所述测距探头30转换输出第一贝塞尔光束L21进行测距在提高横向采样分辨率的同时，还提高了纵向测距量程，且保持了量程范围内横向采样分辨率的一致。

请参照图6，图6为图1实施方式提供的测距装置中第一凸锥透镜输出第一贝塞尔光束的示意图。在本实施方式中，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段L211的长度与入射至所述第一凸锥透镜31的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜31的底角γ1角度成反比。

在本实施方式中，所述第一凸锥透镜31设于准直光束的束腰处，用于将准直光束转换为所述第一贝塞尔光束L21并发射出去。所述第一贝塞尔光束L21具有无衍射区段L211，即所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内横向截面尺寸几乎不变。具体地，所述无衍射区段L211的长度（请参见图6中的Z0）与准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜31的底角角度成反比。其中，所述第一凸锥透镜31包括相连的基底及凸出锥面结构，所述基底为圆柱形，所述凸出锥面结构承载于所述基底，并朝向背离所述基底的方向凸出，所述凸出锥面结构呈圆锥形，且所述凸出锥面结构的外轮廓与所述基底所成夹角为所述第一凸锥透镜31的底角γ1（请参见图6中的γ1）。因此，可通过调节准直光束的束腰半径或者更换不同底角的所述第一凸锥透镜31来改变所述第一贝塞尔光束L21的无衍射区段L211长度，进而改变所述测距装置1的测量量程。举例而言，通过增大所述无衍射区段L211长度，从而增大所述测距装置1的测量量程，实现大量程的测距，例如大于30mm、大于50mm或者大于100mm的量程。可以理解的，所述测距装置1不但可以实现大量程的距离测量，还可以根据实际应用调节，采用小量程距离测量，例如小于30mm、小于20mm或者小于10mm的量程。在本申请中对所述测距装置1的测量量程不作限定。

此外，在本实施方式中，所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内的横向截面半径与所述第一凸锥透镜31的底角γ1大小成反比，因此，所述第一凸锥透镜31的底角γ1越大，所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内的横向截面半径越小，即所述测距装置1的距离测量横向采样分辨率越高。

请参照图1、图7、图8、图9及图10，图7为图1实施方式提供的测距装置中一实施方式中测距探头输出光束的示意图；图8为图7实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图；图9为图7实施方式提供的测距装置中透镜组件输出光束的示意图；图10为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件接收光束的示意图。在本实施方式中，所述测距探头30还包括第一准直镜32。所述第一准直镜32相较于所述第一凸锥透镜31靠近所述光分合器20设置，所述第一准直镜32用于将所述第一高斯光束L11转换为准直的第三高斯光束L13。所述第一凸锥透镜31设于所述第三高斯光束L13的束腰处，用于将所述第三高斯光束L13转换为所述第一贝塞尔光束L21并发射出去。所述第一凸锥透镜31还用于接收所述第一光束L31，并将所述第一光束L31转换为准直的第七光束L37至所述第一准直镜32，所述第七光束L37经由所述第一准直镜32转换为所述第二光束L32。所述透镜组件41包括第二准直镜411及聚焦透镜412。所述第二准直镜411用于将所述第二高斯光束L12转换为准直的第四高斯光束L14。所述聚焦透镜412设于所述第四高斯光束L14的束腰处，用于将所述第四高斯光束L14转换为所述第三光束L33。所述聚焦透镜412还用于将所述第四光束L34转换为准直的第八光束L38至所述第二准直镜411，所述第八光束L38经由所述第二准直镜411转换为所述第五光束L35。

在本实施方式中，所述测距探头30包括第一准直镜32及第一凸锥透镜31。所述第一高斯光束L11从所述光分合器20经由所述光纤传输至所述测距探头30出射时，所述第一高斯光束L11呈现发散状态，所述第一高斯光束L11经由所述第一准直镜32转换为准直的第三高斯光束L13并出射至所述第一凸锥透镜31。所述第一凸锥透镜31设于所述第三高斯光束L13的束腰处，用于将所述第三高斯光束L13转换为所述第一贝塞尔光束L21并出射至所述待测物面W0。所述第一贝塞尔光束L21在所述待测物面W0沿原光路反射或后向散射形成所述第一光束L31并返回所述第一凸锥透镜31。所述第一光束L31经由所述第一凸锥透镜31转换为准直的第七光束L37并出射至所述第一准直镜32。所述第七光束L37经由所述第一准直镜32转换为会聚的第二光束L32并经由所述光纤传输至所述光分合器20。

在本实施方式中，所述透镜组件41包括第二准直镜411及聚焦透镜412。所述第二高斯光束L12从所述光分合器20经由所述光纤传输至所述参考组件40出射时，所述第二高斯光束L12呈现发散状态，所述第二高斯光束L12经由所述第二准直镜411转换为准直的第四高斯光束L14并出射至所述聚焦透镜412。所述聚焦透镜412设于所述第四高斯光束L14的束腰处，用于将所述第四高斯光束L14转换为第三光束L33并出射至所述参考物面42。所述第三光束L33在所述参考物面42沿原光路反射或后向散射形成所述第四光束L34并返回所述聚焦透镜412。所述第四光束L34经由所述聚焦透镜412转换为准直的第八光束L38并出射至所述第二准直镜411。所述第八光束L38经由所述第二准直镜411转换为会聚的第五光束L35并经由所述光纤传输至所述光分合器20。

在本实施方式中，在所述参考组件40中采用所述第二准直镜411及所述聚焦透镜412出射光束至所述参考物面42作为干涉测距的参考组，为了减少光束在经过所述参考组件40与经过所述测距探头30的传输路径的差别，进而提高了所述测距装置1的测距精度，需要将所述参考组件40与所述测距探头30的内部光路传输条件保持尽可能相同。

具体地，请参考图11、图12及图13，图11为图7实施方式提供的测距装置中测距探头的结构示意图；图12为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件在一实施方式中的结构示意图；图13为图9实施方式提供的测距装置中透镜组件在另一实施方式中的结构示意图。在本实施方式中，所述第一准直镜32的厚度及外径与所述第二准直镜411的厚度及外径相等。所述聚焦透镜412为凸锥透镜，所述聚焦透镜412与所述第一凸锥透镜31相同。或者，所述聚焦透镜412为非凸锥透镜，所述透镜组件41还包括色散补偿器413。所述色散补偿器413设于所述第二准直镜411与所述聚焦透镜412之间，用于补偿参考光路与样品光路之间的色散。其中，所述参考光路为所述光分合器20与所述参考物面42之间的传输光路，所述样品光路为所述光分合器20与所述待测物面W0之间的传输光路。

在本实施方式中，所述第一准直镜32的厚度h1与所述第二准直镜411的厚度h2相等，且所述第一准直镜32的外径d1与所述第二准直镜411的外径d2相等，即，所述第一准直镜32与所述第二准直镜411相同。

在一实施方式中（请参照图12），所述聚焦透镜412为凸锥透镜，所述聚焦透镜412与所述第一凸锥透镜31相同，即，所述聚焦透镜412的基底厚度等于所述第一凸锥透镜31的基底厚度，且所述聚焦透镜412的底角等于所述第一凸锥透镜31的底角。因此，所述第一高斯光束L11与所述第二高斯光束L12从所述光分合器20输出后所经过的光学器件的传输路径基本相同，从而减少了色散不同对干涉测量的干扰，从而提高了对所述第六光束L36的干涉测量的信噪比及精度，进而提高了所述测距装置1的测距精度。

在另一实施方式中（请参照图13），所述聚焦透镜412为非凸锥透镜，所述透镜组件41还包括色散补偿器413。所述色散补偿器413设于所述第二准直镜411与所述聚焦透镜412之间，用于补偿参考光路与样品光路之间的色散。具体地，所述色散补偿器的厚度与折射率能够补偿所述聚焦透镜412与所述第一凸锥透镜31不同而引起的所述参考光路与所述样品光路的色散。因此，所述第一高斯光束L11与所述第二高斯光束L12从所述光分合器20输出后所经过的光学器件的传输路径基本相同，从而减少了色散不同对干涉测量的干扰，从而提高了所述第六光束L36的干涉测量的信噪比及精度，进而提高了所述测距装置1的测距精度。

请参照图14及图15，图14为图1实施方式提供的测距装置中另一实施方式中测距探头出射光束的示意图；图15为图14实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图。在本实施方式中，所述测距探头30包括第一准直镜32、凹锥透镜33及第二凸锥透镜34。所述第一准直镜32相较于所述第一凸锥透镜31靠近所述光分合器20设置，所述第一准直镜32用于将所述第一高斯光束L11转换为准直的第三高斯光束L13。所述凹锥透镜33设于所述第一准直镜32与所述第一凸锥透镜31之间，用于将所述第三高斯光束L13转换为发散的第一环形空心光束L41。所述第二凸锥透镜34设于所述凹锥透镜33与所述第一凸锥透镜31之间。所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构与所述凹锥透镜33的凹陷锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构的底角γ2与所述凹锥透镜33的凹陷锥面结构的底角γ3相等。所述第二凸锥透镜34用于将所述发散的第一环形空心光束L41转换为准直的第二环形空心光束L42并出射至所述第一凸锥透镜31。

在本实施方式中，所述凹锥透镜33的凹陷锥面结构与所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构相对设置。所述第二凸锥透镜34设于所述凹锥透镜33与所述第一凸锥透镜31之间，所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构与所述第一凸锥透镜31的凸出锥面结构相背设置。

所述测距探头30在输出光束时（请参见图14），所述第一高斯光束L11经由所述第一准直镜32转换为准直的第三高斯光束L13并出射至所述凹锥透镜33。所述凹锥透镜33设于所述第三高斯光束L13的束腰处，所述凹锥透镜33用于将所述准直的第三高斯光束L13转换为发散的第一环形空心光束L41并出射至所述第二凸锥透镜34。所述发散的第一环形空心光束L41经由所述第二凸锥透镜34转换为准直的第二环形空心光束L42并出射至所述第一凸锥透镜31。所述准直的第二环形空心光束L42经由所述第一凸锥透镜31转换为所述第一贝塞尔光束L21并出射。在所述第一凸锥透镜31的尺寸不改变的情形下，增加了所述测距探头30的工作距离。

此外，通过保持所述第一凸锥透镜31与所述第二凸锥透镜34相对位置不变，调节所述第二凸锥透镜34与所述凹锥透镜33之间的距离，可以调节所述测距探头30的工作距离。

所述测距探头30在接收光束时（请参见图15），所述第一贝塞尔光束L21在所述待测物面W0沿原光路反射或后向散射形成所述第一光束L31并返回所述第一凸锥透镜31。所述第一光束L31经由所述第一凸锥透镜31转换为准直的第九光束L39并出射至所述第二凸锥透镜34。所述准直的第九光束L39经由所述第二凸锥透镜34转换为发散的第十光束L310并出射至所述凹锥透镜33。所述准直的第十光束L310经由所述凹锥透镜33转换为准直的第十一光束L311并出射至所述第一准直镜32。所述发散的第十一光束L311经由所述第一准直镜32转换为会聚的所述第二光束L32。

需要说明的是，图14及图15中光束采用网格线示意的地方表示为光束。

此外，在所述参考组件40中，所述参考组件40包括与所述第一凸锥透镜31、所述凹锥透镜33及所述第二凸锥透镜34相同的透镜组合，或者，所述参考组件40中不包含锥透镜组合而是采用常规聚焦透镜的情况下，所述参考组件40包括能够补偿由于与所述第一凸锥透镜31、所述凹锥透镜33及所述第二凸锥透镜34不同而引起的色散的色散补偿器，能够减少光束在经过所述参考组件40与经过所述测距探头30的传输路径的差别，进而提高了所述测距装置1的测距精度。

请参考图16及图17，图16为图1实施方式提供的测距装置中又一实施方式中测距探头出射光束的示意图；图17为图16实施方式提供的测距装置中测距探头接收光束的示意图。在本实施方式中，所述测距探头30还包括第一准直镜32、第三凸锥透镜35及第二凸锥透镜34。所述第一准直镜32相较于所述第一凸锥透镜31靠近所述光分合器20设置，所述第一准直镜32用于将所述第一高斯光束L11转换为准直的第三高斯光束L13。所述第三凸锥透镜35设于所述第一准直镜32与所述第一凸锥透镜31之间，用于将所述第三高斯光束L13转换为发散的第三环形空心光束L43。所述第二凸锥透镜34设于所述第三凸锥透镜35与所述第一凸锥透镜31之间。所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构与所述第三凸锥透镜35的凸出锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构的底角γ2与所述第三凸锥透镜35的凸出锥面结构的底角γ4相等。所述第二凸锥透镜34用于将所述第三环形空心光束L43转换为准直的第四环形空心光束L44并出射至所述第一凸锥透镜31。

在本实施方式中，所述第三凸锥透镜35的凸出锥面结构与所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构相对设置。所述第二凸锥透镜34设于所述第三凸锥透镜35与所述第一凸锥透镜31之间，所述第二凸锥透镜34的凸出锥面结构与所述第一凸锥透镜31的凸出锥面结构相背设置。

所述测距探头30在输出光束时（请参见图16），所述第一高斯光束L11经由所述第一准直镜32转换为准直的第三高斯光束L13并出射至所述第三凸锥透镜35。所述第三凸锥透镜35设于所述第三高斯光束L13的束腰处，所述第三凸锥透镜35用于将所述准直的第三高斯光束L13转换为发散的第三环形空心光束L43并出射至所述第二凸锥透镜34。所述发散第三环形空心光束L43经由所述第二凸锥透镜34转换为准直的第四环形空心光束L44并出射至所述第一凸锥透镜31。所述准直的第四环形空心光束L44经由所述第一凸锥透镜31转换为所述第一贝塞尔光束L21并出射。在所述第一凸锥透镜31的尺寸不改变的情形下，增加了所述测距探头30的工作距离。

此外，通过保持所述第一凸锥透镜31与所述第二凸锥透镜34相对位置不变，调节所述第二凸锥透镜34与所述第三凸锥透镜35之间的距离，可以调节所述测距探头30的工作距离。

所述测距探头30在接收光束时（请参见图17），所述第一贝塞尔光束L21在所述待测物面W0沿原光路反射或后向散射形成所述第一光束L31并返回所述第一凸锥透镜31。所述第一光束L31经由所述第一凸锥透镜31转换为准直的第十二光束L312并出射至所述第二凸锥透镜34。所述准直的第十二光束L312经由所述第二凸锥透镜34转换为发散的第十三光束L313并出射至所述第三凸锥透镜35。所述发散第十三光束L313经由所述第三凸锥透镜35转换为准直的第十四光束L314并出射至所述第一准直镜32。所述准直的第十四光束L314经由所述第一准直镜32转换为会聚的所述第二光束L32。

需要说明的是，图16及图17中光束采用网格线示意的地方表示为光束。

此外，在所述参考组件40中，所述参考组件40包括与所述第一凸锥透镜31、所述第三凸锥透镜35及所述第二凸锥透镜34相同的透镜组合，或者，所述参考组件40中不包含锥透镜组合而是采用常规聚焦透镜的情况下，所述参考组件40包括能够补偿由于与所述第一凸锥透镜31、所述第三凸锥透镜35及所述第二凸锥透镜34不同而引起的色散的色散补偿器，能够减少光束在经过所述参考组件40与经过所述测距探头30的传输路径的差别，进而提高了所述测距装置1的测距精度。

请参照图3及图18，图18为本申请又一实施方式提供的测距装置的结构示意图。在本实施方式中，所述测距装置1还包括遮光罩70，所述遮光罩70包括至少一个光阑71。所述遮光罩70对应所述第一凸锥透镜31设置，且位于所述第一凸锥透镜31背离所述光分合器20一侧，所述遮光罩70用于对所述第一光束L31中的杂散光进行遮光过滤。

在本实施方式中，由于贝塞尔光束的中央亮峰外围还存在较暗的多级亮峰。因此，当所述第一贝塞尔光束L21投射在所述待测物面W0时表现为多个较暗的亮环所环绕的中央圆亮斑。当所述待测物面W0对所述第一贝塞尔光束L21进行反射或后向散射形成所述第一光束L31时，所述第一光束L31中包含所述第一贝塞尔光束L21投射在所述待测物面W0上形成的多个较暗的亮环反射或后向散射所形成的杂散光，所述杂散光也会进入所述测距探头30，从而降低横向采样分辨率及信噪比。所述光阑71具有透光区域711及非透光区域712，将所述至少一个光阑71设于所述第一凸锥透镜31背离所述光分合器20的一侧，即，所述至少一个光阑71位于所述第一凸锥透镜31与所述待测物面W0之间，所述光阑71的透光区域711对应所述第一凸锥透镜31出射的所述第一贝塞尔光束L21设置，且所述光阑71的透光区域711的内径大于所述第一贝塞尔光束L21的外径，此外，所述光阑71的非透光区域712能够对所述第一光束L31中的杂散光进行遮光过滤，从而减少或消除所述第一光束L31中的杂散光进入所述测距探头30，以提高对所述第一光束L31的横向采样分辨率及测距信号的信噪比，从而提高测距精度。此外，通过平行设置的多个所述光阑71可对所述第一光束L31进行多重遮光过滤，以提高对所述第一光束L31中的杂散光的遮光过滤效果，从而进一步提高对所述第一光束L31的横向采样分辨率及测距信号的信噪比。

本申请实施方式还提供了一种测距方法。请参照图19，图19为本申请一实施方式提供的测距方法的流程图。在本实施方式中，所述测距方法包括投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束L21在待测物面W0，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束L31，投射会聚的第三光束L33在参考物面42，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束L34。接收所述第一光束L31转换为会聚的第二光束L32，接收所述第四光束L34转换为会聚的第五光束L35。将所述第二光束L32及所述第五光束L35合束为发生干涉的第六光束L36，并对所述第六光束L36的干涉进行功率谱测量，得到干涉功率谱。根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束L36的第二光束L32与第五光束L35之间的光程差。其中，所述第二光束L32的光程对应为投射所述第一贝塞尔光束L21至所述待测物面W0并返回的总光程，所述第五光束L35的光程对应为投射所述第三光束L33至所述参考物面42并返回的总光程。以及根据所述光程差计算出所述待测物面W0相对于等效参考物面W1的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。其中，所述等效参考物面W1为所述参考物面42等效至与所述待测物面W0同一光束传输路径的物面。

在本实施方式中，利用贝塞尔光束具有无衍射区段L211，且相较于高斯光束能够在更长的传输距离里保持数微米的横向尺寸不变的特点，投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束L21进行距离测量，以提高测量精度。具体地，本申请提供的测距方法包括步骤S10、S20、S30、S40及S50。接下来对步骤S10、S20、S40及S50进行详细描述。

S10，投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束L21在待测物面W0，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束L31，投射会聚的第三光束L33在参考物面42，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束L34。

在本实施方式中，所述第一贝塞尔光束L21具有无衍射区段L211，所述第一贝塞尔光束L21在所述无衍射区段L211内能够保持数微米的横向尺寸不变，因此本实施方式具有高精度测量、长距离测量以及测量精度一致性高等特点。例如，相较于高斯光束，采用所述第一贝塞尔光束L21能够在高横向采样分辨率（例如，1μm、3μm或5μm等精度）情况下，将传输距离提高数倍（例如，5倍、10倍或20倍等），且保持横向采样分辨率不变。所述待测物面W0设于所述无衍射区段L211内，所述第一贝塞尔光束L21投射至所述待测物面W0，从而在所述待测物面W0上反射或后向散射形成第一光束L31。此外，所述第三光束L33投射至所述参考物面42，并在所述参考物面42沿原光路反射或后向散射形成第四光束L34。

S20，接收所述第一光束L31转换为会聚的第二光束L32，接收所述第四光束L34转换为会聚的第五光束L35。

S30，将所述第二光束L32及所述第五光束L35合束为发生干涉的第六光束L36，并对所述第六光束L36的干涉进行功率谱测量，得到干涉功率谱。

S40，根据所述干涉功率谱合成所述第六光束L36的第二光束L32与第五光束L35之间的光程差。

根据所述干涉功率谱进行数据处理（例如傅里叶变换等），以得到合成所述第六光束L36的第二光束L32与第五光束L35之间的光程差。其中，所述第二光束L32的光程对应投射所述第一贝塞尔光束L21至所述待测物面W0并返回的总光程，设为第一光程。所述第五光束L35的光程对应投射所述第三光束L33至所述参考物面42并返回的总光程，设为第二光程。所述光程差为所述第一光程与所述第二光程之差。

S50，根据所述光程差计算出所述待测物面W0相较于等效参考物面W1的距离，以得到所述待测物面W0的位移变化。

所述等效参考物面W1为所述参考物面42等效至与所述待测物面W0同一光束传输路径的物面，即，所述等效参考物面W1在所述第一贝塞尔光束L21的路径上，且所述第三光束L33传输至所述参考物面42的光程，等于所述第一贝塞尔光束L21传输至所述等效参考物面W1的光程。所述待测物面W0相较于等效参考物面W1的距离等于所述第一光程与所述第二光程之差的一半，即，所述光程差的一半。通过测量所述待测物面W0在多个位置相较于所述等效参考物面W1的距离，可计算出所述待测物面W0的位移变化。

请参照图18及图20，图20为图19实施方式提供的测距方法中对第一光束进行处理的流程图。在本实施方式中，在所述“投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束L21在待测物面W0，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束L31，投射会聚的第三光束L33在参考物面42，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束L34”之后，在所述“接收所述第一光束L31转换为会聚的第二光束L32，接收所述第四光束L34转换为会聚的第五光束L35”之前，所述测距方法还包括对所述第一光束L31中的杂散光进行遮光过滤。

在本实施方式中，在步骤S20与步骤S30之间所述测距方法还包括步骤S60。

S60，对所述多束第一光束L31中的杂散光进行遮光过滤。

在本实施方式中，由于贝塞尔光束的中央亮峰外围还存在较暗的多级亮峰。因此，当所述第一贝塞尔光束L21投射在所述待测物面W0时表现为多个较暗的亮环所环绕的中央圆亮斑。当所述待测物面W0对所述第一贝塞尔光束L21进行反射或后向散射形成所述第一光束L31时，所述第一光束L31中包含所述第一贝塞尔光束L21投射在所述待测物面W0上形成的多个较暗的亮环反射或后向散射形成杂散光，所述杂散光会降低横向采样分辨率及信噪比。通过对所述第一光束L31进行遮光过滤，以滤除所述第一光束L31中的杂散光，从而提高测距信号的横向采样分辨率及信噪比，进而提高测距精度。具体地，可以但不限于通过一个或多个光阑71对所述第一光束L31进行遮光过滤，通过将所述一个或多个光阑71的透光区域711对应所述第一贝塞尔光束L21设置，所述一个或多个光阑71的非透光区域712能够对所述第一光束L31中的杂散光进行遮光过滤，从而提高对所述第一光束L31的横向采样分辨率及测距信号的信噪比，进而提高测距精度。

请参照图21，图21为图19实施方式提供的测距方法中对光程差进行计算的流程图。在本实施方式中，所述“根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束L36的第二光束L32与第五光束L35的光程差”包括识别所述干涉功率谱中干涉光的强度主峰。以及对所述干涉光的强度主峰的分布进行拟合计算，得出干涉光的精确光程差。

在本实施方式中，根据所述干涉功率谱得到光程差的步骤S40包括步骤S41及步骤S42。

S41，识别所述干涉功率谱中干涉光的强度主峰。

在本实施方式中，所述干涉功率谱中包括主峰，所述主峰对应为合成所述第六光束L36的第二光束L32与第五光束L35之间干涉所得的光程差。

S42，对所述干涉光的强度主峰的分布进行拟合计算，得出干涉光的精确光程差。

通过对实测的所述主峰的分布进行拟合计算，得出所述主峰的拟合曲线，通过计算所述拟合曲线中主峰的极值，提取出精度更高的主峰极值所在位置，即精度更高的光程差，进而提高测距精度。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种测距装置，其特征在于，所述测距装置包括：

宽谱光源，用于输出初始高斯光束；

光谱仪，接收所述第六光束，用于对其进行功率谱测量得到干涉功率谱；以及

数据处理机，电连接所述光谱仪，用于接收所述干涉功率谱，并根据所述干涉功率谱计算光程差，进而计算所述待测物面相对于等效参考物面的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。

2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段的长度与入射至所述第一凸锥透镜的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜的底角角度成反比。

3.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距探头还包括：

所述第一凸锥透镜设于所述第三高斯光束的束腰处，用于将所述第三高斯光束转换为所述第一贝塞尔光束并发射出去，所述第一凸锥透镜还用于接收所述第一光束，并将所述第一光束转换为准直的第七光束至所述第一准直镜，所述第七光束经由所述第一准直镜转换为所述第二光束；

所述透镜组件包括：

第二准直镜，所述第二准直镜用于将所述第二高斯光束转换为准直的第四高斯光束；以及

聚焦透镜，设于所述第四高斯光束的束腰处，用于将所述第四高斯光束转换为所述第三光束，还用于接收所述第四光束并转换为准直的第八光束至所述第二准直镜，所述第八光束经由所述第二准直镜转换为所述第五光束。

4.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述第一准直镜的厚度及外径与所述第二准直镜的厚度及外径相等；

或者，所述聚焦透镜为非凸锥透镜，所述透镜组件还包括：

5.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距探头还包括：

凹锥透镜，所述凹锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第一环形空心光束；以及

第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述凹锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第一环形空心光束转换为准直的第二环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

6.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距探头还包括：

第三凸锥透镜，所述第三凸锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第三环形空心光束；以及

第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述第三凸锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第三环形空心光束转换为准直的第四环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

7.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括：

8.一种测距方法，其特征在于，所述测距方法包括：

投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束，其中，所述第一贝塞尔光束由第一高斯光束转换得到，所述第三光束由第二高斯光束转换得到，且所述第一高斯光束与所述第二高斯光束由初始高斯光束转换得到；

将所述第二光束及所述第五光束合束为发生干涉的第六光束，并对所述第六光束进行功率谱测量，得到干涉功率谱；

根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差，其中，所述第二光束的光程对应为投射所述第一贝塞尔光束至所述待测物面并返回的总光程，所述第五光束的光程对应为投射所述第三光束至所述参考物面并返回的总光程；以及

根据所述光程差计算出所述待测物面相对于等效参考物面之间的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。

9.如权利要求8所述的测距方法，其特征在于，在所述投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束之后，在所述接收所述第一光束转换为会聚的第二光束，接收所述第四光束转换为会聚的第五光束之前，所述测距方法还包括：

对所述第一光束中的杂散光进行遮光过滤。

10.如权利要求8或9所述的测距方法，其特征在于，所述根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差包括：

识别所述干涉功率谱中干涉光的强度主峰；以及

对所述干涉光的强度主峰的分布进行拟合计算，得出干涉光的精确光程差。