干涉儀原理和多衍射光柵干涉原理提出的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，具有以下創(chuàng)新性和突出效果:
[0018]1.通過將標(biāo)尺光柵和掃描分光光柵平行放置，以及二者在X方向的等效光柵周期相等、標(biāo)尺光柵具有后向零級衍射光的設(shè)置，可同時為X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向和Z向兩個方向的位移，并實(shí)現(xiàn)了光學(xué)2細(xì)分，搭配合適的電學(xué)細(xì)分卡，可以實(shí)現(xiàn)納米精度測量。
[0019]2.由于X方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(shí)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；ζ向測量信號的探測可以應(yīng)用較為成熟的二通道或四通道探測器，體積較小，且可以保證測量精度。
[0020]3.通過將標(biāo)尺光柵和掃描分光光柵平行放置，以及二者在X方向的等效光柵周期相等的設(shè)置，可使得讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵在Z向運(yùn)動時，不影響X向測量干涉區(qū)域的范圍，故而夠提供較大的Z向測量范圍。
[0021]4.在檢測位移量時，X向與Z向的測量信號之間不存在耦合關(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]5.Χ向與Z向測量信號可以通過光纖導(dǎo)出，能進(jìn)一步減小讀數(shù)頭的體積，特別是設(shè)計(jì)光柵的周期為微米量級時，該二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(diǎn)，方便應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2a為本發(fā)明Z向探測部件所采用的一種二通道探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2b為本發(fā)明Z向探測部件所采用的一種四通道探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3a為本發(fā)明掃描分光光柵與標(biāo)尺光柵柵線方向平行和垂直的放置方式不意圖。
[0027]圖3b為本發(fā)明掃描分光光柵與標(biāo)尺光柵柵線方向成45°的放置方式不意圖。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]圖5為本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置實(shí)施例的光路傳輸方向示意圖。
[0031]圖中件號說明:1-光源，2-分光部件，3-掃描分光光柵部件，4-標(biāo)尺光柵，5-X向探測部件，6-Z向探測部件，7-信號處理部件，11-單頻激光器，12-偏振片A，21-偏振分光棱鏡A，22-1/4波片A，23-反射部件，24-1/4波片B，31-掃描分光光柵，32-光闌，611-分光棱鏡A，612-1/4波片C，613-偏振片B，614-偏振片C，615-光電探測部件A，621-1/4波片D，622-分光棱鏡B，623-偏振分光棱鏡B，624-1/2波片，625-偏振分光棱鏡C，626-光電探測部件B。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
[0033]一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，包括標(biāo)尺光柵4和讀數(shù)頭，讀數(shù)頭包括光源1、分光部件2、掃描分光光柵部件3、X向探測部件5、Z向探測部件6、信號處理部件7 ；光源I包括單頻激光器11、偏振片A12 ;分光部件2包括偏振分光棱鏡A21、l/4波片A22、反射部件23、1/4波片B24 ;掃描分光光柵部件3包括掃描分光光柵31、光闌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為一維光柵，標(biāo)尺光柵4具有后向零級衍射光，且掃描分光光柵31和標(biāo)尺光柵4在X方向上的等效光柵周期相等；X方向是與掃描分光光柵31的柵線所在平面平行，且垂直于掃描分光光柵31柵線的方向2方向是與掃描分光光柵31的柵線所在平面垂直的方向；等效光柵周期是指光柵在某一方向上的周期；單頻激光器11出射的激光透過偏振片A12入射到偏振分光棱鏡A21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A21入射到Z向探測部件6 ;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，經(jīng)掃描分光光柵31衍射后衍射光束入射到標(biāo)尺光柵4并發(fā)生反向衍射，反向衍射光透過掃描分光光柵31衍射分光，得到九束測量光束與其他雜散光束；九束測量光束中，其中八束兩兩傳播方向相同，入射到X向探測部件5形成四組干涉信號，通過信號處理單元7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；九束測量光束中的另一沿入射方向返回的測量光束透過1/4波片B24，并由偏振分光棱鏡A21反射入射到Z向探測部件6 ;入射到Z向探測部件6的參考光和測量光相遇形成干涉信號，通過信號處理單元7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。
[0034]本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，掃描分光光柵31為一維矩形光柵時，其標(biāo)尺光柵4包括以下結(jié)構(gòu)安排方式:①標(biāo)尺光柵4為一維矩形光柵，且其柵線方向與掃描分光光柵31的柵線方向平行；②標(biāo)尺光柵4為二維矩形光柵，且其兩個柵線方向分別與掃描分光光柵31的柵線方向平行和垂直；③標(biāo)尺光柵4為二維矩形光柵，且其兩個柵線方向分別與掃描分光光柵31的柵線方向成45°。
[0035]本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，其Z向探測部件6為二通道探測器或四通道探測器。
[0036]本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，在掃描分光光柵部件3中增設(shè)了光闌32，并且光闌32位于掃描分光光柵31與X向探測部件5之間。
[0037]本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置，在單頻激光器11出射激光的波長λ = 632.8nm時，①掃描分光光柵31米用一維矩形光柵的一組優(yōu)選參數(shù)為光柵周期d = 10 μπκ光柵臺階高度h = 488nm、光柵臺階寬度a = 3.567 μπι ;②標(biāo)尺光柵4的參數(shù)包括:(a)當(dāng)標(biāo)尺光柵4采用一維矩形光柵，且其柵線方向與掃描分光光柵31的柵線方向平行時，其一組優(yōu)選參數(shù)為光柵周期d = 10 μπκ光柵臺階高度h = 488nm、光柵臺階寬度a =3.567 μ m ； (b)當(dāng)標(biāo)尺光柵4米用二維矩形光柵，且其兩個柵線方向分別與掃描分光光柵31的柵線方向平行和垂直時，其一組優(yōu)選參數(shù)為兩個柵線方向的光柵周期Cl1= d2= 10 μπκ光柵臺階高度h = 159nm、兩個柵線方向的光柵臺階寬度B1= a2= 5.67 μπι ； (c)當(dāng)標(biāo)尺光柵4采用二維矩形光柵，且其兩個柵線方向分別與掃描分光光柵31的柵線方向成45°時，其一組優(yōu)選參數(shù)為兩個柵線方向的光柵周期Cl1= d2= 7.1 ym、光柵臺階高度h = 159nm、兩個柵線方向光柵臺階寬度S1= a 2= 4.01 μπι。
[0038]以標(biāo)尺光柵4和掃描分光光柵31均為一維矩形光柵為例，本發(fā)明的一種基于衍射光柵的二維位移測量裝置在具體實(shí)施時，如附圖5所示，偏振分光棱鏡Α21設(shè)置為使得光源I出射的光束OPl入射到偏振分光棱鏡Α21后分為振動方向相互垂直的參考光束ΟΡ2-1和測量光束ΟΡ2-2。
[0039]測量光ΟΡ2-2透過1/4波片Β24入射到掃描分光光柵31后發(fā)生衍射產(chǎn)生-1級0P3-U0級ΟΡ3-2、+1級ΟΡ3-3三束測量光束；該三束測量光束入射到標(biāo)尺光柵4后發(fā)生反向衍射，得到五束測量光束[-1，+1]級 0Ρ3-13、[0，-1]級 0Ρ3-21、[0，0]級 ΟΡ3-22、[0，+1]級ΟΡ3-23、[+1,-1]級ΟΡ3-31和其他雜散光束；該五束測量光束入射到掃描分光光柵31后再一次發(fā)生衍射，其衍射光的雜散光束被設(shè)置在掃描分光光柵31與X向探測部件5之間的光闌32遮擋，未被遮擋的測量光束有[-1，+1，-1]級ΟΡ3-131、[0，-1,0]級ΟΡ3-212、[-1，+1,0]級 ΟΡ3-132、[0，-1，+1]級 ΟΡ3-213、[+1,-1,0]級 OP3-312、[0，+1，-1]級 OP3-231、[+1，-1，+1]級 OP3-313、[0，+1,0]級 OP3-232 和[0,0,0]級 OP3-222 共九束。
[0040]九束測量光束中的[-1，+1，-1]級OP3-131 與[0，-1,0]級 OP3-212、[-1，+1,0]級 OP3-132 與[0，-1，+1]級 OP3-213、[+1，-1,0]級 OP3-312 與[0，+1，-1]級 OP3-231、[+1，-1，+1]級OP3-313與[0，+1,0]級OP3-232兩兩傳播方向相同，入射到X向探測部件5形成四組干涉信號，而且該四組干涉信號的變化只和讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵4在X向發(fā)生的位移有關(guān)，該四組干涉信號被X向探測