CN115667841A - 用于测量距离的方法和装置 - Google Patents

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CN115667841A CN202180035708.9A CN202180035708A CN115667841A CN 115667841 A CN115667841 A CN 115667841A CN 202180035708 A CN202180035708 A CN 202180035708A CN 115667841 A CN115667841 A CN 115667841A
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乔纳森·亨特利
克里斯托·帕利卡拉基斯
巴勃罗·鲁伊斯
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Abstract

一种干涉测量装置，包括：激光源，可操作以发射第一光束；分束器，被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束，对象光束沿对象光束臂传递，参考光束沿参考光束臂传递；自适应延迟线，位于沿参考光束臂的一距离处，自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的参考光束；分束器，被布置为重新组合来自对象光束臂的对象光束和来自参考光束臂的(一个或多个)长度调整的参考光束；以及光电探测器，可操作以检测对象光束和(一个或多个)长度调整的参考光束之间的干涉。

Description

用于测量距离的方法和装置
技术领域
本公开涉及用于测量距离的装置，例如，干涉测量装置。本公开还涉及用于测量距离的方法，包括使用本文公开的装置的方法。
背景技术
用于绝对距离测量的光学技术已在科学和工程的许多分支中得到发展。基于可调谐激光源的技术在从亚毫米(以扫频源光学相干断层扫描(OCT)形式)到数十米或更多的频率扫描干涉测量(FSI)(通常也称为频率调制连续波(FMCW)激光雷达)的长度尺度上得到应用。
这些技术涉及将从目标反射或散射的光(可称为对象光束)与本地参考波(可称为参考光束)进行组合。可以检测对象光束和参考光束之间的干涉。对象光束和参考光束从激光源的初始光束中分离出来。对象光束和参考光束的行进距离之间存在光程差异。
一个问题是将频率扫描干涉测量应用于长距离(约10米)、高速(超过每秒105个坐标)的绝对距离测量当前在合理成本下是不切实际的，因为调制频率极高(通常100GHz或以上)。
发明内容
第一方面提供了一种干涉测量装置，包括：激光源，可操作以发射第一光束；分束器，被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束，对象光束沿对象光束臂传递，参考光束沿参考光束臂传递；自适应延迟线，位于沿参考光束臂的一距离处，自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的参考光束；分束器，被布置为重新组合来自对象光束臂的对象光束和来自参考光束臂的(一个或多个)长度调整的参考光束；以及光电探测器，可操作以检测对象光束和(一个或多个)长度调整的参考光束之间的干涉。
与没有自适应延迟线的装置相比，通过提供一个或多个长度调整的参考光束，可以调整对象光束和(一个或多个)参考光束之间的光程差异。具体地，可以减小对象光束和(一个或多个)参考光束之间的光程差异。例如，通过调整(一个或多个)参考光束的光路距离以接近匹配对象光束的光路距离，在测量到远处目标(例如，距离装置1米或更远的目标)的距离时可以降低干涉信号的频率。
自适应延迟线可以包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的参考光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的开关。自适应延迟线可以包括多个开关。自适应延迟线可以包括多达或至少100个开关、多达或至少50个开关、多达或至少20个开关、或多达或至少10个开关。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个开关。
自适应延迟线中的每个开关可以包括旋转半波片和偏振分束器。
通过自适应延迟线内的(一个或多个)开关的操作可选择的一个或多个光路长度的长度可以是可调节的。
通过自适应延迟线内的每个开关的操作可选择的光路长度可以是唯一的。换言之，通过自适应延迟线内的开关中的给定一个开关的操作可选择的光路长度可以与通过自适应延迟线内的任何其他开关可选择的光路长度不同。
在示例实施方式中，自适应延迟线可以被配置为使得参考光束或对象光束通过一系列N个可切换延迟线，N个可切换延迟线具有指数增长的延迟。
自适应延迟线可以包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个参考光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的分路器。自适应延迟线可以包括多个分路器。自适应延迟线可以包括多达或至少100个分路器、多达或至少50个分路器、多达或至少20个分路器、或多达或至少10个分路器。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个分路器。
自适应延迟线可以包括一个或多个标准具(etalon)，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
该标准具或每个标准具可以具有任何合适的自由光谱范围。
一个或多个分束器可以包括半波片和偏振分束器或50:50分束器。任何给定的分束器可以具有任何合适的分束比，例如，90:10、80:20、70:30、60:40、50:50、40:60、30:70、20:80或10:90。
被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束的分束器可以是相同的分束器。
被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束的分束器可以是不同的分束器。
在示例实施方式中，该装置可以包括：第一分束器，被布置为将第一光束分成目标光束和参考光束；第二分束器，位于沿对象光束臂的一距离处，第二分束器被布置为从对象光束分离目标入射光束；以及第三分束器，被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束。
激光源可以是可调谐激光源。激光源可以是VCSEL激光器或FDML激光器。
该装置可以包括数据记录器，该数据记录器可操作以接收和记录来自光电探测器的数据。数据记录器可以包括数据采集板(DAQ)。DAQ的采样率可以不超过100千兆样本每秒(GS s-1)、高达50GS s-1、高达20GS s-1、高达10GS s-1、高达5GS s-1、高达2GS s-1、或高达1GSs-1。
目标可以包括任何合适的反射表面。例如，合适的目标可以是金属的、聚合物的、或由复合材料制成。它们可以具有光学光滑或光学粗糙的表面光洁度。目标替代地可以包括弱散射介质，例如，生物组织。
目标可以在距装置的任何距离处。
该装置可以包括数据处理设备，该数据处理设备被布置为从数据记录器接收数据并且处理和/或分析接收到的数据。
在干涉测量装置的参考光束臂中包含自适应延迟线可以使干涉测量装置特别适合于高速和/或远距离绝对距离测量。
干涉测量装置可以是频率扫描干涉测量装置。根据本公开的频率扫描干涉测量装置可以特别适合于远距离、绝对距离测量。
干涉测量装置可以是扫频源光学相干断层扫描装置。扫频源光学相干断层扫描装置通常用于测量较短的距离，例如，毫米数量级，用于对诸如眼睛视网膜和皮肤癌之类的生物组织进行成像。扫描源光学相干断层扫描装置中的扫描速率如此之高以至于本公开的教导可以有益地应用于这种装置。
第二方面提供了一种干涉测量装置，包括：激光源，可操作以发射第一光束；分束器，被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束，对象光束沿对象光束臂传递，参考光束沿参考光束臂传递；自适应延迟线，位于沿对象光束臂的一距离处，自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的对象光束；分束器，被布置为重新组合来自对象光束臂的(一个或多个)长度调整的对象光束和来自参考光束臂的参考光束；以及光电探测器，可操作以检测(一个或多个)长度调整的对象光束和参考光束之间的干涉。
与没有自适应延迟线的装置相比，通过提供一个或多个长度调整的对象光束，可以调节(一个或多个)对象光束和参考光束之间的光程差异。具体地，可以减小(一个或多个)对象光束和参考光束之间的光程差异。例如，通过调整(一个或多个)对象光束的光路距离以接近匹配参考光束的光路距离，在测量到远处目标(例如，距离装置1米或更远的目标)的距离时可以降低干涉信号的频率。
自适应延迟线可以包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的对象光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的开关。自适应延迟线可以包括多个开关。自适应延迟线可以包括多达或至少100个开关、多达或至少50个开关、多达或至少20个开关、或多达或至少10个开关。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个开关。
自适应延迟线中的每个开关可以包括旋转半波片和偏振分束器。
通过自适应延迟线内的(一个或多个)开关的操作可选择的一个或多个光路长度的长度可以是可调节的。
通过自适应延迟线内的每个开关的操作可选择的光路长度可以是唯一的。换言之，通过自适应延迟线内的开关中的给定一个开关的操作可选择的光路长度可以与通过自适应延迟线内的任何其他开关可选择的光路长度不同。
自适应延迟线可以包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个对象光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的分路器。自适应延迟线可以包括多个分路器。自适应延迟线可以包括多达或至少100个分路器、多达或至少50个分路器、多达或至少20个分路器、或多达或至少10个分路器。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个分路器。
自适应延迟线可以包括一个或多个标准具，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
该标准具或每个标准具可以具有任何合适的自由光谱范围。
一个或多个分束器可以包括半波片和偏振分束器或50:50分束器。任何给定的分束器可以具有任何合适的分束比，例如，90:10、80:20、70:30、60:40、50:50、40:60、30:70、20:80或10:90。
被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束的分束器可以是相同的分束器。
被布置为将第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束的分束器可以是不同的分束器。
在示例实施方式中，该装置可以包括：第一分束器，被布置为将第一光束分成目标光束和参考光束；第二分束器，位于沿对象光束臂的一距离处，第二分束器被布置为从对象光束分离目标入射光束；以及第三分束器，被布置为重新组合对象光束和经适配的参考光束。
激光源可以是可调谐激光源。激光源可以是VCSEL激光器或FDML激光器。
该装置可以包括数据记录器，该数据记录器可操作以接收和记录来自光电探测器的数据。数据记录器可以包括数据采集板(DAQ)。DAQ的采样率可以不超过100GS s-1、高达50GS s-1、高达20GS s-1、高达10GS s-1、高达5GS s-1、高达2GS s-1、或高达1GS s-1。
目标可以包括任何合适的反射表面。例如，合适的目标可以是金属的、聚合物的、或由复合材料制成。它们可以具有光学光滑或光学粗糙的表面光洁度。目标可以替代地包括弱散射介质，例如，生物组织。
目标可以在距装置的任何距离处。
该装置可以包括数据处理设备，该数据处理设备被布置为从数据记录器接收数据并且处理和/或分析接收到的数据。
在干涉测量装置的参考光束臂中包含自适应延迟线可以使干涉测量装置特别适合于高速和/或远距离绝对距离测量。
干涉测量装置可以是频率扫描干涉测量装置。根据本公开的频率扫描干涉测量装置可以特别适合于远距离、绝对距离测量。
干涉测量装置可以是扫频源光学相干断层扫描装置。扫频源光学相干断层扫描装置通常用于测量较短的距离，例如，毫米数量级，用于对诸如眼睛视网膜和皮肤癌之类的生物组织进行成像。扫描源光学相干断层扫描装置中的扫描速率如此之高以至于本公开的教导可以有益地应用于这种装置。
第三方面提供了一种自适应延迟线模块，适于安装在干涉测量装置的参考光束臂中，其中，该自适应延迟线模块包括自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的参考光束。
自适应延迟线可以包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的参考光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的开关。自适应延迟线可以包括多个开关。自适应延迟线可以包括多达或至少100个开关、多达或至少50个开关、多达或至少20个开关、或多达或至少10个开关。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个开关。
自适应延迟线中的每个开关可以包括旋转半波片和偏振分束器。
通过自适应延迟线内的(一个或多个)开关的操作可选择的一个或多个光路长度的长度可以是可调节的。
通过自适应延迟线内的每个开关的操作可选择的光路长度可以是唯一的。换言之，通过自适应延迟线内的开关中的给定一个开关的操作可选择的光路长度可以与通过自适应延迟线内的任何其他开关可选择的光路长度不同。
自适应延迟线可以包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个参考光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的分路器。自适应延迟线可以包括多个分路器。自适应延迟线可以包括多达或至少100个分路器、多达或至少50个分路器、多达或至少20个分路器、或多达或至少10个分路器。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个分路器。
自适应延迟线可以包括一个或多个标准具，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
该标准具或每个标准具可以具有任何合适的自由光谱范围。
第四方面提供了一种自适应延迟线模块，适于安装在干涉测量装置的对象光束臂中，其中，该自适应延迟线模块包括自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的对象光束。
自适应延迟线可以包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的对象光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的开关。自适应延迟线可以包括多个开关。自适应延迟线可以包括多达或至少100个开关、多达或至少50个开关、多达或至少20个开关、或多达或至少10个开关。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个开关。
自适应延迟线中的每个开关可以包括旋转半波片和偏振分束器。
通过自适应延迟线内的(一个或多个)开关的操作可选择的一个或多个光路长度的长度可以是可调节的。
通过自适应延迟线内的每个开关的操作可选择的光路长度可以是唯一的。换言之，通过自适应延迟线内的开关中的给定一个开关的操作可选择的光路长度可以与通过自适应延迟线内的任何其他开关可选择的光路长度不同。
自适应延迟线可以包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个参考光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
该2N个间隔的光路长度可以是等间隔的或不等间隔的。
自适应延迟线可以包括任意数量的分路器。自适应延迟线可以包括多个分路器。自适应延迟线可以包括多达或至少100个分路器、多达或至少50个分路器、多达或至少20个分路器、或多达或至少10个分路器。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个分路器。
自适应延迟线可以包括一个或多个标准具，由此自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
该标准具或每个标准具可以具有任何合适的自由光谱范围。
本文所述的任何实施例的干涉测量装置可以至少部分地设置在芯片或光子集成电路之上或之中。自适应延迟线或自适应延迟线模块可以设置在芯片或光子集成电路之上或之中。
第五方面提供了使用根据第一方面或第二方面的干涉测量装置来测量到目标的绝对距离或到弱散射目标内的结构的绝对距离的用途。
目标可以位于距装置的任何距离处。
目标可以位于距装置的1米或更多、5米或更多、10米或更多、或20米或更多处。
目标可以位于距装置的小于5米、小于1米、小于10cm或小于1cm处。
第六方面提供了一种使用干涉测量装置来测量距离的方法，包括：操作激光器以提供第一光束；将第一光束分成对象光束和参考光束，对象光束沿该干涉测量装置的对象光束臂传递，参考光束沿该干涉测量装置的参考光束臂传递；提供位于沿参考光束臂的一距离处的自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为提供一个或多个长度调整的参考光束，从而调整干涉测量装置中的光程差异；重新组合来自对象光束臂的对象光束和来自参考光束臂的(一个或多个)长度调整的参考光束；以及检测对象光束和(一个或多个)长度调整的参考光束之间的干涉。
第七方面提供了一种使用干涉测量装置来测量距离的方法，该方法包括：操作激光器以提供第一光束；将第一光束分成对象光束和参考光束，对象光束沿该干涉测量装置的对象光束臂传递，参考光束沿该干涉测量装置的参考光束臂传递；提供位于沿对象光束臂的一距离处的自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为提供一个或多个长度调整的对象光束，从而调整干涉测量装置中的光程差异；重新组合来自对象光束臂的(一个或多个)长度调整的对象光束和来自参考光束臂的参考光束；以及检测(一个或多个)长度调整的对象光束和参考光束之间的干涉。
本领域技术人员将理解，除非在相互排斥的情况下，否则关于任一上述方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除非在相互排斥的情况下，否则本文描述的任何特征或参数可应用于任何方面和/或与本文描述的任何其他特征或参数组合。
附图说明
将参照附图描述示例实施例，其中：
图1是干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂的自适应延迟线的框图；
图2示出了干涉测量装置的示例；
图3示出了与针对距离对象分束器约825mm的目标的8个自适应延迟线位配置相对应的归一化时间信号；
图4示出了图3所示的八个信号的傅里叶(Fourier)变换；
图5a示出了在存在截止频率为1.8kHz的低通滤波器的情况下检测到的频率；
图5b示出了来自图5a的滤波信号；
图6a示出了频率到距离转换的最小二乘拟合；
图6b示出了由频率稳定参考干涉测量装置和根据本公开实施例的干涉测量装置所测量的范围的比较，具有叠加的最佳直线拟合；
图7是干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂的自适应延迟线的另一示例的框图；
图8是干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂的自适应延迟线的另一示例的框图；
图9示出了干涉测量装置的另一示例；以及
图10示出了干涉测量装置的另一示例。
具体实施方式
本公开的教导可以应用于测量任何范围内的距离。
如本文所用，当与距离测量相关地使用时，术语远程可以被理解为是指10米或更大数量级的距离。
如本文所用，当与距离测量相关地使用时，术语高速可以被理解为是指每秒105个坐标或更大的速度。
由于极高的调制频率(通常为100GHz或更高)，将频率扫描干涉测量装置应用于远程(约10m)、高速(高于105个坐标s-1)绝对距离测量目前以合理的成本是不切实际的。
本公开提供了一种基于自适应延迟线(ADL)架构的解决方案，其中参考光束通过一系列N个可切换的延迟线，N个可切换的延迟线具有指数增长的延迟。益处包括将所需的信号采样率、要处理的数据集的大小和最小允许源相干长度减少因子2N，从而为将快速扫描激光器(例如，垂直腔面发射激光器(VCSEL)和傅里叶域锁模(Fourier domain modelocked(FDML))激光器)用于远程激光雷达做好了准备。该原理的有效性已通过三开关原型进行了实验证明。
诸如频率扫描干涉测量(FSI)和光学相干断层扫描(OCT)之类的干涉测量技术涉及将从目标反射或散射的光与本地参考波相结合。从目标表面反射或散射的光、或在弱散射材料的情况下从目标内部反射或散射的光与光电探测器处的本地参考波的混合产生与两个波(即(i)反射波或散射波；和(ii)本地参考波)之间的光程差异Λ成比例的频率f的电信号。对于线性频率斜坡和非色散介质，f如下给出：
Figure BDA0003945990160000111
其中fs是激光扫描率或扫描重复率，Δλ是调谐范围以及λc是该Δλ的中心波长。Λ的分辨率与Δλ成反比。
现有技术的可调谐激光源(例如，垂直腔面发射激光器(VCSEL)和傅里叶域锁模激光器(FDML))可以分别产生几百kHz到几MHz的扫描速率，并且Δλ值在λc＝1.0、1.3或1.5μm时超过100nm。由于每次扫描都提供一个坐标的数据，并且大Δλ可以对亚μm分辨率测量表面位置，因此这些源开启了以105-106s-1范围内的速率进行高精度、远程距离测量的可能性。这些速率为工业应用提供了巨大的潜力，例如，生产线的尺寸质量控制、自动化装配和机器人路径引导，并且比当前基于FSI的商业仪器高2-3个数量级。
然而，至少有四个重大挑战需要克服。首先是数据采集板(DAQ)所需的极高采样率。例如，在Δλ＝100nm，λc＝1.3μm，fs＝100kHz的情况下，等式1表明1m距离z处为f～12GHz(Λ＝2z＝2m在空气中，对于同轴照明和观察方向)，并且对于10m范围还要高一个数量级。最小采样率是这些值的两倍，导致DAQ硬件采样率要求在几十到几百GS s-1的范围内。目前，此类硬件成本在约1GS s-1以上迅速上升。
其次，实时处理这种高速数据流并非易事。
第三，这些激光源的相干长度没有被很好地表征并且可能对长Λ造成限制。
最后，由于不完美的频率斜坡而导致的傅里叶域峰展宽和分裂随着Λ增加而严重增加。
本公开可以减轻或解决这些挑战中的一个或多个。
具体地，对这些问题中的一个或多个的解决方案可以基于所谓的自适应延迟线(ADL)的概念。ADL被引入参考光束臂或目标光束臂，并且可以将Λ降低到调制频率下降到标准DAQ(～1GS s-1)可以处理的水平的点，同时降低数据吞吐量，消除对长相干长度源的需求，并减少傅里叶域峰展宽效应。
图1是总体示出自适应延迟线100的框图，该自适应延迟线100可以安装在根据本公开的干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂内。
自适应延迟线100包括以光学顺序布置的N个开关。该N个开关允许选择2N个等间隔的光路长度之一。在图1中，示出了四个开关101a、101b、101c、101d。第一开关101a可以称为S0。第二开关101b可以称为S1。第三开关101c可以称为S2。第四开关101d通常表示一系列N个开关中的最后一个开关，并且通常可以称为SN-1。在该系列中的最后一个开关之后，即在开关SN-1之后，存在组合器(C)102。在操作过程中，参考光束或对象光束103进入自适应延迟线100，通过开关101a、101b、101c、101d和组合器102，由此长度调整的参考光束或长度调整的对象光束104离开自适应延迟线100。
每个开关101a、101b、101c、101d可以被机械地、光学地或电子地控制。每个开关101a、101b、101c、101d可操作以选择两个光路之一以到达下一个开关(或在该系列中的最后一个开关的情况下，组合器102)。
在组合器102处，最后两个路径被重新组合以形成长度调整的参考光束或长度调整的对象光束104。长度调整的参考光束或长度调整的对象光束继续通过干涉测量装置，随后分别与对象光束或参考光束发生干涉。
现在将参照图1描述自适应延迟线(例如，自适应延迟线100)的一般工作原理。参考光束或对象光束依次通过N个光开关S0、S1、...、SN-1。每个开关(可以被机械地、光学地或电子地控制)选择两个光路之一以到达下一个开关。在最后阶段，最后两个路径被重新组合，并且长度调整的参考光束或长度调整的对象光束前进到干涉测量装置的剩余部分，在该剩余部分中其分别与对象光束或参考光束发生干涉。
第j个开关的状态可以由单个位bj指定，其中1表示选择了较长路径，而0表示选择了较短路径。通过为连续的开关选择两个可能路径之间的路径长度差来遵循指数序列，即dj＝2jd0，其中dj是第j个开关和第(j+1)个开关之间的两个路径的路径差异并且d0是第一个开关的路径差异，可以选择来自一组2N个离散和间隔开(例如，均匀间隔)并且步长为d0的Λs的单个Λ。
以N＝10和d0＝10mm的情况为例。由位模式B＝bN-1bN-2...b1 b0定义的所得的1024步(通过其可以调整参考臂和对象臂之间的不平衡)覆盖范围0到～10m，同时最大所需采样频率降低了1024×，Λ为10mm。作为具体示例，对于Λ＝8.003m的目标，字节B＝1100100000将零-Λ表面移动到8.000m，而剩余的3mm以相应地低得多的频率被检测。一般来说，对于给定的数据采集(DAQ)硬件，链中的每个附加开关将最大范围或坐标采集速率加倍。对源相干长度的限制(lc≥2Nd0)(产生对测量范围的最终上限)被放宽了因子2N，为lc≥d0。
本文公开的自适应延迟线可以非常适合用于绝对距离测量，特别是与扫描单色激光源一起使用。
图2示出了用于测量距离的干涉测量装置200。装置200是原理验证实验光学设备。
装置200包括可调谐激光源201。可调谐激光源201是扫描单色激光源。在原理验证实验光学设备中，使用的可调谐激光源是SANTEC TSL-510，其中Δλ＝100nm，lc～1.8至300m并且λc＝1300nm，以自由运行模式运行，并且输出功率限制于1mW。
激光源201通过光缆211与第一分束器202进行光通信。光缆211是单模保偏(SM-PM)光纤。第一分束器202包括光学串联的反射准直器203、半波片204和偏振分束器205。偏振分束器205用于将来自激光源201的入射光束分成对象光束212和参考光束。对象光束212沿对象光束臂206传递。参考光束沿参考光束臂209传递。
对象光束臂206包括50:50分束器207。50:50分束器207被布置成将目标入射光束213从对象光束212中分离，目标入射光束213被目标208反射回50:50分束器207，其中目标入射光束213的一部分被从分束器207反射以形成沿对象光束臂206向前行进的对象光束214。
在原理验证实验光学设备中，目标208包括金反射镜。从50:50分束器207到目标208的距离可以是可调节的。在原理验证实验光学设备中，目标208被安装在轨道组件(未示出)上，该轨道组件允许目标208在约1米的范围内手动移动。
在原理验证实验光学设备中，参考光束臂209包括自适应延迟线210。自适应延迟线210是三位自适应延迟线。
自适应延迟线210包括光学串联布置的三个开关，即第一开关215、第二开关216和第三开关217。
第一开关215包括布置在偏振分束器2152前面的消色差半波片2151。在使用时，通过消色差半波片2151相对于偏振分束器2152的旋转来执行机械切换。
第一开关215可以选择性地分离参考光束以使分离出的参考光束围绕具有环路光路长度的第一环路2153转向。第一环路2153包括四个反射镜2154a、2154b、2154c、2154d，它们被布置为反射经转向的参考光束以使得围绕第一环路2153行进，经转向的参考光束进入偏振分束器2152的与经转向的参考光束离开偏振分束器2152的一侧相对的一侧。四个反射镜2154a、2154b、2154c、2154d中的第三个2154c和第四个2154d被安装在平移台2155上以允许调节环路光路长度。
第二开关216包括布置在偏振分束器2162前面的消色差半波片2161。在使用时，通过消色差半波片2161相对于偏振分束器2162的旋转来执行机械切换。
第二开关216可以选择性地分离参考光束以使分离出的参考光束围绕具有环路光路长度的第二环路2163转向。第二回路2163包括四个反射镜2164a、2164b、2164c、2164d，它们被布置为反射经转向的参考光束以使得围绕第二环路2163行进，经转向的参考光束进入偏振分束器2162的与经转向的参考光束离开偏振分束器2162的一侧相对的一侧。四个反射镜2164a、2164b、2164c、2164d中的第三个2164c和第四个2164d被安装在平移台2165上以允许调节环路光路长度。
第三开关217包括布置在偏振分束器2172前面的消色差半波片2171。在使用时，通过消色差半波片2171相对于偏振分束器2172的旋转来执行机械切换。
第三开关217可以选择性地分离参考光束以使分离出的参考光束围绕具有环路光路长度的第三环路2173转向。第三环路2173包括四个反射镜2174a、2174b、2174c、2174d，它们被布置为反射经转向的参考光束以使得围绕第三环路2173行进，经转向的参考光束进入偏振分束器2172的与经转向的参考光束离开偏振分束器2172的一侧相对的一侧。四个反射镜2174a、2174b、2174c、2174d中的第三个2174c和第四个2174d被安装在平移台2175上以允许调节环路光路长度。
在自适应延迟线210之后，反射镜218被布置为将长度调整的参考光束227向50:50分束器226反射。对象光束214和长度调整的参考光束227以相互垂直的方向进入50:50分束器226。
在进入50:50分束器226之前，对象光束214通过第一线性偏振器219a。在进入50:50分束器226之前，长度调整的参考光束227通过第二线性偏振器219b。第一耦合器220a被布置在50:50分束器226的与第一线性偏振器219a相对的一侧。第二耦合器220b被布置在50:50分束器226的与第二线性偏振器219b相对的一侧。
光纤221将来自第一耦合器220a的光带到自动平衡光电探测器223。另一光纤222将来自第二耦合器220b的光带到自动平衡光电探测器223。光纤221、222中的每一个都是单模保偏(SM PM)光纤。
第一线性偏振器219a和第二线性偏振器219b确保匹配偏振态之间的干涉发生在自动平衡光电探测器223处。在使用时，由自动平衡光电探测器223检测匹配偏振态之间的这种干涉。
数据记录器224可操作地连接到自动平衡光电探测器223。数据记录器可以包括存储示波器。在原理验证实验光学设备中，数据记录器是存储示波器(Tektronix MSO54，500MHz，6.25GS s-1)。
计算机225可操作地连接到数据记录器224。计算机225被布置为处理和/或分析记录在数据记录器上的数据。
为了测试这个概念，使用图2所示的光学设备进行原理验证实验。如上所述，该装置200结合3位自适应延迟线210，其中通过在偏振分束器前面的消色差半波片的旋转来执行机械切换。如果给定半波片的入射偏振态是水平(S)，则光束直接通过偏振分束器到达下一开关。半波片旋转45°导致偏振态旋转90°(P)，从而引导光束环绕由两对光束折叠金反射镜(2154a-d；2164a-d；2174a-d)形成的环路。平移台2155、2165、2175允许对延迟长度的微调，例如，值d0～240mm、d1～490mm、d3～830mm。
在自适应延迟线210之前的半波片204和偏振分束器205用作可变比率分束器202。
所使用的可调谐激光源201是SANTEC TSL-510，其中Δλ＝100nm、lc～1.8至300m并且λc＝1300nm，以自由运行模式运行，输出功率限制于1mW。光束通过单模保偏(SM PM)光纤211传送到干涉测量装置，随后在被分成参考光束和对象光束212之前使用反射准直器203被准直。
位于50:50分束器226任一侧的两个线性偏振器219a、219b确保在自动平衡光电探测器223处检测到匹配偏振态之间的干涉。光通过该对单模保偏光纤221、222被传送到自动平衡光电探测器223。来自自动平衡光电探测器223的信号然后由存储示波器(TektronixMSO54，500MHz，6.25GS s-1)，即数据记录器224数字化。捕获的数据序列被传送到计算机225以供后续处理。通过在每次扫描开始时用激光晶体管-晶体管-逻辑(TTL)输出触发示波器来实现同步。
图3示出了作为时间(t)的函数所测量的归一化强度信号，对应于与分束器207相距～825mm处的目标的八个自适应延迟线位配置。
为了说明系统降低干涉信号频率(f)的能力，将目标208放置在3位自适应延迟线210的最大延迟长度(～780mm)之外几十毫米处，以111位配置实现。激光扫描参数为：Δλ＝10nm，起始波长λ1＝1330nm以及平均调谐速率＝10nm s-1，而样本大小被设置为1.25×106个点。其中，处理了9000个点，对应于Δλ<1nm。由于色散和调谐率波动在整个Δλ范围内的综合影响，减少的带宽用于最小化z的误差，否则如果没有适当的波长参考和线性化技术就不可能解耦。
图3示出了所有八个位模式在～7ms扫描子部分上的干涉强度信号I(t)。针对第一位模式000示出了第一干涉信号301。针对第二位模式001示出了第二干涉信号302。针对第三位模式010示出了第三干涉信号303。针对第四位模式011示出了第四干涉信号304。针对第五位模式100示出了第五干涉信号305。针对第六位模式101示出了第六干涉信号306。针对第七位模式110示出了第七干涉信号307。针对第八位模式111示出了第八干涉信号308。
如图3所示，随着参考光束臂和目标光束臂之间的路径长度不平衡通过选择八个不同的位配置而减少，频率逐渐降低，其中111位配置提供预期的最低频率。
图4示出了八个信号的傅里叶变换。第一峰值401是第一干涉信号301的傅里叶变换。第二峰值402是第二干涉信号302的傅里叶变换。第三峰值403是第三干涉信号303的傅里叶变换。第四峰值404是第四干涉信号304的傅里叶变换。第五峰值405是第五干涉信号305的傅里叶变换。第六峰值406是第六干涉信号306的傅里叶变换。第七峰值407是第七干涉信号307的傅里叶变换。第八峰值408是第八干涉信号308的傅里叶变换。每个峰值位置的频率通过Newton-Raphson迭代过程被估计到亚像素分辨率，对于000到111位配置(即对于第一干涉信号301、第二干涉信号302、第三干涉信号303、第四干涉信号304、第五干涉信号305、第六干涉信号306、第七干涉信号307和第八干涉信号308)，分别给出值9.89、8.21、6.73、5.23、4.84、3.13、1.67和0.13kHz。
现在可能出现如何选择正确的位模式的问题，即最小化Λ以及由此最小化f的位模式。首先考虑一般情况，其中要测量其范围的对象位于测量体积内的某个任意点。每个位模式可以依次应用于ADL。对于具有短相干长度的源，最高信号调制将针对具有最短Λ的位模式出现。在具有长lc的源的情况下，可以在光电探测器的输出处引入低通滤波器(LPF)，或实际上通过选择具有低带宽的光电探测器。仅最短Λ的位配置将然后产生重要信号，并且这将在数据采集硬件的Nyquist限制内，前提是d0已被选择得足够小。所有2N个配置可以在单个频率扫描期间被研究，然后在后续扫描时在所选固定位配置fBv处进行详细的Λ测量。例如，对于N＝10且扫描速率为105Hz的情况，开关事件应每10ns(1/2Nfs)发生，这在光纤开关的能力范围内。对于准连续表面的要求不高的情况，可以通过仅研究为先前测量建立的位模式附近的位模式来加速搜索，其中系统仅在存在大的z-不连续性时才减速。替代地，可以使用与FSI并行工作的低成本飞行时间LADAR来确定z的整数部分，从而指示自适应延迟线，其解决测量中对精度要求更高的部分。
然而，可能还有一个额外的模糊来源：如何区分Λ与给出最低调制频率的零-Λ表面的正偏差和负偏差。在前面的示例中，z＝8.003m处的目标将产生与z＝7.997m处的目标相同的信号频率。这种模糊性可以通过结合相位信息(例如通过正交，有时称为I/Q检测)来解决，因为对于这两种情况，傅里叶域峰值的频率将具有相反的符号。当I/Q检测不可用时，使用两个相邻位配置中的一个或两个而测量的调制频率将允许克服该模糊性。例如，假设Bv为最小化调制频率的位配置，此处表示为fBv。Bv-1和Bv+1是选择最近的相邻零-Λ表面的位配置。假设零-Λ表面对之间的Λ相同，则符号sv可以恢复为：
Figure BDA0003945990160000181
为了说明上述情况，进行了实验，其中将目标208放置在测量体积内的任意位置处，同时记录对应于八个延迟的信号。尽管高速版本将需要采样之前的模拟低通滤波器(LPF)，但在本演示中，低速频率斜坡允许通过后采样数字LPF来实现该方法-通过在逆变换之前将傅里叶频谱乘以1.8-kHz宽的顶帽(top-hat)窗口应用于此。在滤波之后，如图5a所示，仅保留三个重要的傅里叶峰值，它们对应于具有最大信号幅度的三个相邻位配置100、101和110(图5b)。将这些峰值的频率(f100＝1.3kHz，f101＝0.19kHz和f110＝1.7kHz)代入等式2得到s101＝-1，表明与较高位配置(110)相比，针对较低位配置(100)，目标208更靠近Λ-表面。
如任何频率扫描干涉测量系统，需要校准来将测量的调制频率转换为距离。然而，对于基于N-位ADL的频率扫描干涉测量系统，存在额外步骤，即确定N个附加延迟长度，或者等效地，这些延迟引入的频移。这里采用后一方法：目标208固定在111零-Λ表面之外几mm处，记录与自适应延迟线210的八个位配置相对应的八个信号，并使用前面描述的方法计算它们的频率。
Figure BDA0003945990160000191
这产生等式3中的以矩阵形式显示的八个等式的超定线性系统。A是8×4矩阵，其行表示对八次扫描中的每一次激活的位模式。列对应于激活(1)或非激活(0)的四个主要延迟，而F是包含测量频率的列向量。针对列向量X在最小二乘意义上求解等式(3)给出与四个主要延迟的物理长度成比例的四个频率值。校准的最后阶段-即确定将频率链接到Λ的度量常数-可以通过多种方式完成，例如通过已知长度的气室或参考腔的吸收线。对于当前设置，引入频率稳定参考干涉测量仪(Renishaw XL-80)以与频率扫描干涉测量(FSI)系统(即干涉测量装置200)并行测量目标位置。选择单个延迟(在该情况下为001)并将目标208移动到八个不同的位置。通过对测量频率与已知距离数据zR进行最小二乘直线拟合，可以从最佳拟合线的梯度中提取转换因子，如图6a所示。计算结果为0.01157kHz mm-1，并且RMS残差为0.09516kHz。后者虽然对于FSI系统来说较高，是由于所使用的特定激光器的扫描速率的时间变化而产生的，并且仍然足够低以证明所提出方法的原理。
作为上述方法和数据处理过程的最终验证，进行另一实验以比较使用图2的干涉测量装置200测量的距离与通过Renishaw干涉测量仪测量的距离。将目标208放置在一组六个位置中进行一组新的测量，这些位置与用于校准的位置无关。图6b示出了干涉测量装置200测量的范围相对于Renishaw干涉测量仪测量的范围的图。图6b中的图具有叠加的最佳直线拟合，其梯度为1.00536±0.01458，证明(在实验误差内)两个系统之间的预期1:1对应关系。最佳拟合线的RMS残差为3.00mm。
对如本文所公开的自适应延迟线的使用可以允许频率扫描干涉测量仪以标准数据采集硬件(最大采样率～1GS s-1)在长距离(几十米)上被用于非常高的坐标测量率(105s-1以上)。光学系统包括自适应延迟线，该自适应延迟线包括具有指数增长的延迟的一系列N个可切换延迟线。
本公开的教导所提供的益处可以包括将数据采集率、数据集大小和最小允许源相干长度减少因子2N。该原理的有效性已通过低速3位原型得到证明。
应理解，图2所示的装置仅是体现本公开的教导的装置的示例。在不背离本公开的范围的情况下，各种修改对于本领域技术人员将是明显的。
例如，激光源可以是VCSEL激光器或FDML激光器。
自适应延迟线可以包括任意数量的开关。自适应延迟线可以包括多个开关。自适应延迟线可以包括多达或至少100个开关、多达或至少50个开关、多达或至少20个开关、或多达或至少10个开关。例如，自适应延迟线可以包括一、二、三、四、五、六、七、八、九或十个开关。
自适应延迟线中的一个或多个开关可以包括例如半波片和偏振分束器。
自适应延迟线可以采用其他类型的开关，其可以是机械可控的、和/或电可控的、和/或磁可控的、和/或光可控的。
例如，自适应延迟线中的一个或多个开关可以包括电可控开关。电可控开关可以包括普克尔斯盒(Pockels cell)和偏振分束器。自适应延迟线中的一个或多个开关可以采用微机电系统(MEMS)。
通过自适应延迟线内的(一个或多个)开关的操作可选择的一个或多个光路长度的长度可以是可调节的。
数据记录器可以包括数据采集板(DAQ)。DAQ的采样率可以不超过100GS s-1、高达50GS s-1、高达20GS s-1、高达10GS s-1、高达5GS s-1、高达2GS s-1、或高达1GS s-1。
其中每个开关被机械控制、光控制或电控制(例如，如在干涉测量装置200中)的自适应延迟线可以被称为有源自适应延迟线。
在其他实施例中，自适应延迟线可以构成所谓的无源自适应延迟线。
图7是总体示出自适应延迟线700的框图，该自适应延迟线700可以安装在根据本公开的干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂内。
自适应延迟线700包括以光学顺序布置的N个分路器。该N个分路器提供2N个间隔的光路长度。在图7中，示出了四个分路器701a、701b、701c、701d。第一分路器701a可以称为D0。第二分路器701b可以称为D1。第三分路器701c可以称为D2。第四分路器701d通常代表一系列N个分路器中的最后一个分路器，并且通常可以称为DN-1。在该系列中的最后一个分路器之后，即在分路器DN-1之后，存在组合器(C)702。在操作过程中，参考光束703进入自适应延迟线700，通过分路器701a、701b、701c、701d和组合器702，由此多个长度调整的参考光束704离开自适应延迟线700。
图8是总体示出自适应延迟线800的框图，其可以安装在根据本公开的干涉测量装置的参考光束臂或对象光束臂内。
自适应延迟线800包括标准具801。在操作过程中，参考光束803进入标准具801，其将参考光束803分成多个长度调整的参考光束804。包括标准具的无源自适应延迟线可以提供改进的可追溯性，因为长度尺度由标准具间距确定。
对无源自适应延迟线(例如，自适应延迟线700或自适应延迟线800)的使用可以实现对多个目标的同时跟踪。
与有源自适应延迟线相比，无源自适应延迟线可以具有相对简单的光学配置。此外，无源自适应延迟线不需要在操作期间执行任何有源切换。
一个或多个自适应延迟线可以被提供在模块中，该模块可以集成到现有的光学系统中以测量距离，例如，频率扫描干涉测量系统、调频连续波Lidar系统、Ladar系统或光学相干断层扫描(OCT)系统。
尽管本公开的基本原理已使用主体光学器件进行了说明，但设想干涉测量装置可以至少部分地被提供在芯片或光子集成电路之上或之中。具体地，(一个或多个)自适应延迟线可以被提供在芯片或光子集成电路之上或之中。
例如，设想通过使用电信设备的当前标准制造技术，可以在芯片上提供自适应延迟线(或自适应延迟线模块)。
本公开的教导可以应用于多种类型的干涉测量装置，包括例如Mach-Zehnder干涉测量仪或Michelson干涉测量仪。
图9示出了Mach-Zehnder干涉测量仪900的示例。Mach-Zehnder干涉测量仪900包括激光源901，其可操作以发射第一光束902。第一分束器903将第一光束902分成对象光束905和参考光束904。
对象光束905被第一对象光束反射镜909导向距离反射镜909一定距离的目标910。对象光束905被目标反射并通过第二对象光束反射镜911和第三对象光束反射镜912导向第二分束器913。
参考光束904通过自适应延迟线906。例如，自适应延迟线906可以是任何本文描述的自适应延迟线。自适应延迟线906产生长度调整的参考光束907或多个适配的参考光束，其由参考光束反射镜908引导至第二分束器913。
第一光电探测器914和第二光电探测器915被布置成检测对象光束905与长度调整的参考光束907或多个长度调整的参考光束之间的干涉。
替代地，自适应延迟线906可以设置在干涉测量仪900的对象光束臂内，而不是在干涉测量仪900的参考光束臂内。在这样的布置中，自适应延迟线906将产生适配的长度调整的对象光束或多个长度调整的对象光束。
图10示出了Michelson干涉测量仪1000的示例。干涉测量仪1000包括激光源1001，其可操作以发射第一光束1002。分束器1003将第一光束1002分成对象光束1005和参考光束1004。
对象光束1005入射到距离分束器1003一定距离的目标1006上并被反射回分束器1003。
参考光束1004通过自适应延迟线1008。例如，自适应延迟线1008可以是任何本文描述的自适应延迟线。自适应延迟线1008产生长度调整的参考光束1007或多个长度调整的参考光束，其由参考光束反射镜1009引导回通过自适应延迟线1008到分束器1003。在通过自适应延迟线1008返回后，长度调整的参考光束或多个长度调整的参考光束1007构成双倍长度调整的参考光束或多个双倍长度调整的参考光束。
光电探测器1010被布置成检测对象光束1005与双倍长度调整的参考光束或多个双倍长度调整的参考光束之间的干涉。
替代地，自适应延迟线1008可以设置在干涉测量仪1000的对象光束臂内，而不是在干涉测量仪1000的参考光束臂内。在这样的布置中，自适应延迟线1008将产生长度调整的对象光束或多个长度调整的对象光束。
本公开的教导可以用于例如航空航天工业，例如，用于对齐机翼组件。另一个潜在的应用领域可以是汽车行业，例如，无人驾驶汽车的防撞。另一个潜在的应用领域可以是通用机床行业。另一个潜在的应用领域可以是医疗诊断领域，例如，用于亚表面视网膜成像。另一个应用领域可以是通过测量从目标反射或散射的多普勒频移对象光束的相位或频率来测量振动。另一个应用领域可以是用于地形测量目的的长距离测量。设想可以存在更多潜在的应用，例如，汽车领域和质量控制，因为本公开的教导可以提高测量速度，同时将测量精度保持在几十微米或更好的水平。
例如，由
Figure BDA0003945990160000241
制造的当前商业系统通常可以达到每秒高达1000个测量点(每秒坐标)。新一代VCSEL技术有可能实现每秒100000到500000个坐标。利用这种潜力的重大障碍出现，因为所需的采样率也成比例地增加，并且采样率能够超过每秒10亿个样本的合适数据采集系统非常昂贵。
通过利用本文公开的自适应延迟线，可以克服这个问题。自适应延迟线(其可以构成模块，包括一系列光开关，允许光(参考光束)被沿着路径路由以紧密匹配干涉测量仪的目标光束臂和参考光束臂的光路)用于将(采样)频率降低到可以通过更实惠(例如，低成本)的数据采集系统来测量的水平。对于给定的数据采集系统，自适应延迟线中的每个额外的开关(或分离器或标准具间距)使整个干涉测量系统可以实现的最大坐标测量速率加倍。
因此，将理解，本公开可以促进将先进的激光技术(例如，VCSEL或FDML技术)用于测量距离的干涉测量装置。
除了诸如前面段落中提到的那些大体积计量应用之外，本公开的教导可以用于使用称为相干扫描干涉测量(CSI)的技术的非常小规模的测量。对如本文所公开的自适应延迟线的使用可以允许例如构建全固态高速CSI系统。这样的系统将避免当前的机械扫描系统中固有的振动问题。
上述实施例仅以示例的方式描述。在不背离本公开的情况下，许多变化是可能的。
将理解，本公开不限于上述实施例，并且可以在不背离本文描述的概念的情况下进行各种修改和改进。除非在相互排斥的情况下，否则任何特征可以被单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开延伸至并包括本文描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。
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Claims (25)

1.一种干涉测量装置，包括：
激光源，能够操作以发射第一光束；
分束器，被布置为将所述第一光束分成对象光束和参考光束，所述对象光束沿对象光束臂传递，所述参考光束沿参考光束臂传递；
自适应延迟线，位于沿所述参考光束臂的一距离处，所述自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的参考光束；
分束器，被布置为重新组合来自所述对象光束臂的所述对象光束和来自所述参考光束臂的所述一个或多个长度调整的参考光束；以及
光电探测器，能够操作以检测所述对象光束和所述一个或多个长度调整的参考光束之间的干涉。
2.根据权利要求1所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的参考光束。
3.根据权利要求2所述的干涉测量装置，其中，能够通过所述自适应延迟线内的一个或多个开关的操作而选择的一个或多个光路长度的长度是可调节的。
4.根据权利要求2或3所述的干涉测量装置，其中，能够通过所述自适应延迟线内的每个开关的操作而选择的所述光路长度是唯一的。
5.根据权利要求2、3或4所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线被配置为使得所述参考光束或所述对象光束通过一系列N个可切换延迟线，所述N个可切换延迟线具有指数增长的延迟。
6.根据前述权利要求中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个参考光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述2N个间隔的光路长度是等间隔的或不等间隔的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一个或多个标准具，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的参考光束。
9.一种干涉测量装置，包括：
激光源，能够操作以发射第一光束；
分束器，被布置为将所述第一光束分成对象光束和参考光束，所述对象光束沿对象光束臂传递，所述参考光束沿参考光束臂传递；
自适应延迟线，位于沿所述对象光束臂的一距离处，所述自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的对象光束；
分束器，被布置为重新组合来自所述对象光束臂的所述一个或多个长度调整的对象光束和来自所述参考光束臂的所述参考光束；以及
光电探测器，能够操作以检测所述一个或多个长度调整的对象光束和所述参考光束之间的干涉。
10.根据权利要求9所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一系列N个开关，其中N≥1，以允许选择2N个间隔的光路长度之一，并且包括组合器，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供长度调整的对象光束。
11.根据权利要求10所述的干涉测量装置，其中，能够通过所述自适应延迟线内的一个或多个开关的操作而选择的一个或多个光路长度的长度是可调节的。
12.根据权利要求10或11所述的干涉测量装置，其中，能够通过所述自适应延迟线内的每个开关的操作而选择的所述光路长度是唯一的。
13.根据权利要求10、11或12所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线被配置为使得所述参考光束或所述对象光束通过一系列N个可切换延迟线，所述N个可切换延迟线具有指数增长的延迟。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一系列N个分路器以同时提供具有间隔的光路长度的2N个对象光束，其中N≥1，并且包括组合器，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述2N个间隔的光路长度是等间隔的或不等间隔的。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述自适应延迟线包括一个或多个标准具，由此所述自适应延迟线在使用时进行操作以提供多个长度调整的对象光束。
17.根据前述权利要求中任一项所述的干涉测量装置，其中，被布置为将所述第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合所述对象光束和经适配的参考光束的分束器是相同的分束器。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的干涉测量装置，其中，被布置为将所述第一光束分成对象光束和参考光束的分束器以及被布置为重新组合所述对象光束和经适配的参考光束的分束器是不同的分束器。
19.根据权利要求18所述的干涉测量装置，包括：第一分束器，被布置为将所述第一光束分成目标光束和参考光束；第二分束器，位于沿所述对象光束臂的一距离处，所述第二分束器被布置为从所述对象光束分离目标入射光束；以及第三分束器，被布置为重新组合所述对象光束和经适配的参考光束。
20.根据前述权利要求中任一项所述的干涉测量装置，其中，所述激光源是可调谐激光源。
21.根据前述权利要求中任一项所述的干涉测量装置，包括数据记录器，该数据记录器能够操作以接收和记录来自所述光电探测器的数据，并且可选地包括数据处理设备，该数据处理设备被布置为从所述数据记录器接收数据并且处理和/或分析接收到的数据。
22.一种自适应延迟线模块，适于安装在干涉测量装置的参考光束臂中，其中，该自适应延迟线模块包括自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的参考光束；或者一种自适应延迟线模块，适于安装在干涉测量装置的对象光束臂中，其中，该自适应延迟线模块包括自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为在使用时提供一个或多个长度调整的对象光束。
23.一种将根据权利要求1至21中任一项所述的干涉测量装置用于测量到目标的绝对距离、或到弱散射目标内的结构的绝对距离的用途。
24.一种使用干涉测量装置来测量距离的方法，该方法包括：
操作激光器以提供第一光束；
将所述第一光束分成对象光束和参考光束，所述对象光束沿所述干涉测量装置的对象光束臂传递，所述参考光束沿所述干涉测量装置的参考光束臂传递；
提供位于沿所述参考光束臂的一距离处的自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为提供一个或多个长度调整的参考光束，从而调整所述干涉测量装置中的光程差异；
重新组合来自所述对象光束臂的所述对象光束和来自所述参考光束臂的所述一个或多个长度调整的参考光束；以及
检测所述对象光束和所述一个或多个长度调整的参考光束之间的干涉。
25.一种使用干涉测量装置来测量距离的方法，包括：
操作激光器以提供第一光束；
将所述第一光束分成对象光束和参考光束，所述对象光束沿所述干涉测量装置的对象光束臂传递，所述参考光束沿所述干涉测量装置的参考光束臂传递；
提供位于沿所述对象光束臂的一距离处的自适应延迟线，该自适应延迟线被配置为提供一个或多个长度调整的对象光束，从而调整所述干涉测量装置中的光程差异；
重新组合来自所述对象光束臂的所述一个或多个长度调整的对象光束和来自所述参考光束臂的所述参考光束；以及
检测所述一个或多个长度调整的对象光束和所述参考光束之间的干涉。
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