光光柵的柵線方向與標(biāo)尺光 柵的柵線方向成45°、標(biāo)尺光柵周期為掃描分光光柵周期的1/^/5、標(biāo)尺光柵具有后向零級 衍射光的設(shè)置，可同時為X向、Y向和Z向提供測量信號，進(jìn)而同時測量讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺 光柵在X向、Y向和Z向=個方向的位移，并實現(xiàn)了光學(xué)2細(xì)分，搭配合適的電學(xué)細(xì)分卡，可 W實現(xiàn)納米精度測量。
[0017] 2.掃描分光光柵為組合光柵，其結(jié)構(gòu)特征為；包括位于掃描分光光柵中間區(qū)域的 二維正交光柵W及位于二維正交光柵兩側(cè)的一維光柵A和一維光柵B，二維正交光柵、一維 光柵A和一維光柵B的柵線共面，一維光柵A和一維光柵B的柵線方向相互垂直，且分別平 行于二維正交光柵的兩個柵線方向，二維正交光柵、一維光柵A和一維光柵B的光柵周期相 等；該樣的結(jié)構(gòu)特征使得中間區(qū)域的二維正交光柵僅用于分光，一維光柵A和一維光柵B分 別實現(xiàn)X向與Y向移相合光，提高能量利用效率，并減少雜散光。
[0018] 3. Z向測量采用雙頻激光的光學(xué)拍頻原理，對標(biāo)尺光柵后向零級衍射強度要求降 低，降低了對激光器的功率要求，同時也增強了信號的抗干擾能力，可實現(xiàn)Z向高精度測 量。
[0019] 4.由于X向和Y向的位移測量利用了掃描分光光柵和標(biāo)尺光柵自身的分光特性實 現(xiàn)相干疊加與光學(xué)移相，因此不需要額外的移相合光器件，既減小了結(jié)構(gòu)尺寸，又避免了移 相合光器件帶來的誤差。
[0020] 5.通過將標(biāo)尺光柵和掃描分光光柵平行放置，W及標(biāo)尺光柵周期為掃描分光光柵 周期的1/為的設(shè)置，可使得讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵在Z向運動時，不影響X向和Y向測量干 設(shè)區(qū)域的范圍，故而夠提供較大的Z向測量范圍。
[0021] 6.在檢測位移量時，X向、Y向和Z向的測量信號之間不存在禪合關(guān)系，簡化了后 續(xù)的信號處理方式，減少了信號處理引入的誤差。
[0022] 7. X向、Y向測量與Z向測量信號可W通過光纖導(dǎo)出，能進(jìn)一步減小讀數(shù)頭的體積， 特別是設(shè)計光柵的周期為微米量級時，該=維位移測量裝置同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì) 量輕的優(yōu)點，方便應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明應(yīng)用的掃描分光光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明掃描分光光柵與標(biāo)尺光柵放置方式示意圖。
[0026] 圖4a為本發(fā)明應(yīng)用的一維矩形光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖4b為本發(fā)明應(yīng)用的二維矩形光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[002引圖5為本發(fā)明的一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置實施例的光 路傳輸方向示意圖。
[0029] 圖中件號說明；1-雙頻激光光源，2-Z向干設(shè)部件，3-掃描分光光柵部件，4-標(biāo)尺 光柵，5-X向探測部件，6-Y向探測部件，7-Z向探測部件，8-信號處理部件，11-雙頻激光器， 12-分光棱鏡，13-偏振片A，21-偏振分光棱鏡，22-1/4波片A，23-反射部件，24-1/4波片 B，25-偏振片B，31-掃描分光光柵，32-光闊，311- -維光柵A，312-二維正交光柵，313- - 維光柵B。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
[0031] 一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置，包括標(biāo)尺光柵4和讀數(shù)頭， 讀數(shù)頭包括雙頻激光光源1、Z向干設(shè)部件2、掃描分光光柵部件3、X向探測部件5、Y向探 測部件6、Z向探測部件7、信號處理部件8 ;雙頻激光光源1包括雙頻激光器11、分光棱鏡 12、偏振片A13 ;Z向干設(shè)部件2包括偏振分光棱鏡21、1/4波片A22、反射部件23、1/4波片 B24、偏振片B25 ;掃描分光光柵部件3包括掃描分光光柵31、光闊32 ;掃描分光光柵31的 柵線所在平面和標(biāo)尺光柵4的柵線所在平面平行；掃描分光光柵31為組合光柵，包括位于 掃描分光光柵31中間區(qū)域的二維正交光柵312 W及位于二維正交光柵312兩側(cè)的一維光 柵A311和一維光柵B313,二維正交光柵312、一維光柵A311和一維光柵B313的柵線共面， 一維光柵A311和一維光柵B313的柵線方向相互垂直，且分別平行于二維正交光柵312的 兩個柵線方向，二維正交光柵312、一維光柵A311和一維光柵B313的光柵周期相等；掃描 分光光柵31在放置時，其柵線方向與標(biāo)尺光柵4的柵線方向成45° ;標(biāo)尺光柵4為二維正 交光柵，具有后向零級衍射光，其周期為掃描分光光柵周期的1/7^; X方向是與掃描分光光 柵31的柵線所在平面平行，且垂直于一維光柵A311柵線的方向；Y方向是與掃描分光光柵 31的柵線所在平面平行，且垂直于一維光柵B313柵線的方向；Z方向是與掃描分光光柵31 的柵線所在平面垂直的方向；雙頻激光器11出射的雙頻正交偏振光入射到分光棱鏡12,其 反射光透過偏振片A13后入射到Z向探測部件7,形成的拍頻信號作為Z向測量的一路參考 信號，其透射光入射到偏振分光棱鏡21后分為參考光和測量光；參考光透過1/4波片A22， 并由反射部件23反射后，依次透過1/4波片A22、偏振分光棱鏡21、偏振片B25入射到Z向 探測部件7 ;測量光透過1/4波片B24后沿Z方向入射到掃描分光光柵31中間區(qū)域的二維 正交光柵312,經(jīng)二維正交光柵312衍射后衍射光束入射到標(biāo)尺光柵4并發(fā)生反向衍射，得 到九束測量光束與其他雜散光束；九束測量光束中，其中四束在掃描分光光柵31的一維光 柵A311上兩兩相交并衍射入射到X向探測部件5形成四組干設(shè)信號，通過信號處理單元8 解算后得到讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵4在X向發(fā)生的位移；九束測量光束中，另外四束在掃描 分光光柵31的一維光柵B313上兩兩相交并衍射入射到Y(jié)向探測部件6形成另外四組干設(shè) 信號，通過信號處理單元8解算后得到讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵4在Y向發(fā)生的位移；九束測 量光束中的另一沿入射方向返回的測量光束依次透過掃描分光光柵31中間區(qū)域的二維正 交光柵312、1/4波片B24,并由偏振分光棱鏡21反射后透過偏振片B25入射到Z向探測部 件7 ;入射到Z向探測部件7的參考光和測量光相遇形成的拍頻信號作為Z向測量的一路 測量信號，Z向測量的參考信號和測量信號通過信號處理單元8解算后得到讀數(shù)頭相對于 標(biāo)尺光柵4在Z向發(fā)生的位移。
[0032] 本發(fā)明的一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置，在掃描分光光柵部 件3中增設(shè)了光闊32,并且光闊32位于掃描分光光柵31與X向探測部件5之間，光闊32 同時位于掃描分光光柵31與Y向探測部件6之間。
[0033] 本發(fā)明的一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置，在雙頻激光器11 出射的透過掃描分光光柵31的測量光的波長A = 632. 8nm時，掃描分光光柵31采用矩形 光柵，一組優(yōu)選參數(shù)為二維正交光柵312兩個柵線方向的光柵周期di=d2= 10 ym、光柵臺 階高度h = 159nm、兩個柵線方向的光柵臺階寬度ai= 32= 5. 67 y m，一維光柵A311和一維 光柵B313的光柵周期d = 10 ym、光柵臺階高度h = 488皿、光柵臺階寬度a = 3. 567 ym， 標(biāo)尺光柵4采用二維矩形光柵，其一組優(yōu)選參數(shù)為兩個柵線方向的光柵周期di= d 2 = 7. 07 ym、光柵臺階高度h = 159皿、兩個柵線方向光柵臺階寬度ai= 32= 4.01 ym。
[0034] 本發(fā)明的一種使用雙頻激光和衍射光柵的=維位移測量裝置在具體實施時，如附 圖5所示，雙頻激光器11出射的包含波長A 1和A 2雙頻正交偏振光OP入射到分光棱鏡12 后，其反射光透過偏振片A13后入射到Z向探測部件7,形成的拍頻信號作為Z向測量的一 路參考信號，其透射光OP1入射到偏振分光棱鏡21上，偏振分光棱鏡21設(shè)置為使得透射光 OP1入射到偏振分光棱鏡21后分為振動方向平行于Y-Z平面（P波）且波長為A 1的測量 光束OP2-2和振動方向垂直于Y-Z平面（S波）且波長為^2的參考光束0?2-1。
[0035] 測量光OP2-2透過1/4波片B24入射到掃描分光光柵31上，在掃描分光光柵31中 間區(qū)域的二維正交光柵312處衍射分光，產(chǎn)生（0,0)級0P3-0、（+1，0)級OP3-1、（-1,0)級 OP3-3、（0，-1)級OP3-4四束測量光束和其他雜散光束；四束測量光束0P3-0、0P3-l、0P3-3 和0P3-4入射到標(biāo)尺光柵4后發(fā)生反向衍射，得到九束測量光束[0,0, +1，0]級0P3-01與 [+1，0,0，+1]級 0P3-12、[0,0,0，+1]級 0P3-02 與[-1，0，+1，0]級 0P3-31、[0,0，-1，0]級 0P3-03 與[0, -1,0, +1]級 0P3-42、[0,0,0, -1]級 0P3-04 與[0, -1，+1，0]級 0P3-41、[0， 0,0,0]級0P3-00和其他雜散光束；該九束測量光束入射到掃描分光光柵31上，其中[0， 0, +1，0]級 0P3-01 與[+1，0,0, +1]級 OP3-12、[0,0,0, +1]級 0P3-02 與[-1,0, +1，0]級 OP3-31在一維光柵A311上分別兩兩相遇并再次衍射，形成的四組干設(shè)信號被X向探測部件 5 接收，[0,0，-1，0]級 0P3-03 與[0，-1，0，+1]級 0P3-42、[0,0,0，-l]級