一種外差式四自由度光柵運動測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種外差式四自由度光柵運動測量系統，包括單頻激光光源、電光調制器、分光部件、偏振分光棱鏡、測量臂四分之一波片、測量臂折光元件、參考臂四分之一波片、參考臂折光元件、一維反射式參考光柵、一維反射式測量光柵、非偏振分光鏡、光電探測及信號處理部件、檢偏器、位置探測及信號處理部件；其中非偏振分光鏡、檢偏器和位置探測及信號處理部件可以測量由于一維反射式測量光柵微小傾角所導致的兩束衍射測量光光斑位置的變化，進而實現對一維反射式測量光柵微小傾角的精確測量。本發明不僅能夠測量一維反射式測量光柵沿x軸和z軸兩個自由度的大行程直線位移，而且能夠測量一維反射式測量光柵繞x軸和z軸兩個自由度的微小傾角。
【專利說明】
一種外差式四自由度光柵運動測量系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種光柵運動測量系統，特別涉及一種外差式四自由度光柵運動測量系統。
【背景技術】
[0002]多軸精密位移臺在超精密加工設備和超精密測量儀器中得到了廣泛的應用，并且作為這些裝備的核心部件，直接影響著超精密加工和測量的精度。例如，在半導體工業的核心生產設備光刻機中，超精密工件臺被用于承載基片并完成裝片、曝光、換臺、卸片過程中的高速超精密運動。超精密工件臺的運動精度直接決定著所加工的半導體芯片的加工精度，進而對半導體芯片的質量和性能有很大的影響。此外，在共焦顯微鏡等掃描成像式顯微鏡中，多軸精密位移臺往往被用于承載待測樣品并完成掃描運動。多軸精密位移臺的運動精度直接決定著樣品的掃描精度，進而影響著樣品測量的準確度。因此，對多軸精密位移臺的運動進行精確測量和控制就顯得格外重要。
[0003]多軸精密位移臺的超精密運動往往具有多自由度、大行程、位移分辨力高、精度高等特點。而且在實際系統中，由于機械加工誤差的客觀存在，多軸精密位移臺不可能進行理想的沿軸直線運動，這意味著在其沿軸運動的同時必然存在著繞軸的偏轉。雖然這種繞軸偏轉的傾角都很微小，但在超精密運動測量中仍會造成不可忽視的測量誤差。因此，在多軸精密位移臺的超精密運行測量中，有必要對這些微小傾角進行測量。
[0004]為了滿足這些測量需求，國內外眾多學者進行了大量的研究，并設計了多種不同的測量系統。測量分辨力可達納米或亞納米量級的激光干涉儀因為同時具有高精度、大量程的優點，被廣泛用于超精密位移臺的位移測量。但是，激光干涉儀存在多自由度測量結構復雜、占用空間大、測量精度易受環境影響等問題。這限制了其在多軸精密位移臺的超精密運動測量中的應用。從20世紀50年代起得到迅速發展，并被廣泛應用在眾多機電設備中的光柵位移測量系統，因其具有分辨力高、結構簡單、測量結果不受環境影響等優點，被眾多學者視為多軸超精密運動測量的解決方案并被廣泛研究。
[0005]日本學者KimuraAkihide等人在發表的論文 “Designand construct1n of atwo-degree-of-freedom I inear encoder for nanometric measurement of stageposit1n and straightness.Precis1n Engineering 34，145-155(2010).，，中提出了一種基于衍射光干涉原理的兩軸光柵位移測量系統，可以同時測量水平和豎直兩個方向的直線位移，但是該系統在測量豎直方向的直線位移時會導致測量光與參考光的干涉區域變小，因此系統的豎直方向直線位移的量程受限于光束直徑的大小，無法實現豎直方向大行程直線位移的測量。為了解決這一問題，哈爾濱工業大學的林杰等人將光柵的自準直結構引入測量系統，使得系統在測量z方向的直線位移時測量光與參考光的干涉區域保持不變，進而極大地擴展了系統z方向的直線位移量程，相關研究結果在發明專利ZL201310675316.6和ZL201310674590.1中進行了公開。但是，上述的測量系統均無法測量光柵繞軸的微小轉角。而且，這些系統均需要使用結構復雜的四通道棱鏡組探測結構對干涉信號進行探測，這更是極大地限制了這些系統進一步擴展進而實現轉角測量的能力。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種外差式四自由度光柵運動測量系統，相比已有測量系統該系統不僅能夠同時測量沿X軸和z軸方向兩個自由度的大行程直線位移，而且能夠測量繞X軸和z軸兩個自由度的微小轉角。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
[0008]—種外差式四自由度光柵運動測量系統，包括單頻激光光源、電光調制器、分光部件、偏振分光棱鏡、測量臂四分之一波片、測量臂折光元件、參考臂四分之一波片、參考臂折光元件、一維反射式測量光柵、一維反射式參考光柵、非偏振分光鏡、光電探測及信號處理部件、檢偏器、位置探測及信號處理部件；
[0009]所述一維反射式測量光柵和一維反射式參考光柵表面形貌相同；所述測量臂折光元件與參考臂折光元件的折光角度均為Θ，且滿足2dSin0=±A，式中λ為單頻激光光源的波長、d為一維反射式測量光柵和一維反射式參考光柵的光柵周期；
[0010]所述單頻激光光源發射的是線偏振單頻激光，偏振方向與Z軸呈45度，經快軸方向與z軸平行的電光調制器調制后輸出外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿Z軸的P波分量構成，并且S波分量和P波分量之間存在一個隨電光調制器所加載的調制電壓變化而變化的相位差；
[0011 ]外差式激光經過分光部件分成兩束光強相等的平行光，這兩束平行光經過偏振分光棱鏡后，每一束的S波分量被反射90度、形成測量光，每一束的P波分量被透射、形成參考光；
[0012]測量光的兩束平行光經過快軸方向與測量光偏振方向呈45度的測量臂四分之一波片后均被測量臂折光元件偏折，偏折后的兩束測量光入射至一維反射式測量光柵并分別被衍射為+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，兩束衍射測量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過測量臂折光元件和測量臂四分之一波片，此時兩束衍射測量光的偏振方向沿X軸并被偏振分光棱鏡透射至非偏振分光鏡，非偏振分光鏡透射的兩束衍射測量光入射至光電探測及信號處理部件表面，非偏振分光鏡反射的兩束衍射測量光的偏振方向沿z軸，經透光方向也沿z軸的檢偏器后，入射至位置探測及信號處理部件表面；
[0013]參考光的兩束平行光經過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片后均被參考臂折光元件偏折，偏折后的兩束參考光入射至一維反射式參考光柵并被衍射為+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，兩束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過參考臂折光元件和參考臂四分之一波片，此時兩束衍射參考光的偏振方向沿y軸并被偏振分光棱鏡反射至非偏振分光鏡，非偏振分光鏡透射的兩束衍射參考光入射至光電探測及信號處理部件表面，非偏振分光鏡反射的兩束衍射參考光的偏振方向沿y軸，因為檢偏器的透光方向與y軸垂直，所以這兩束衍射參考光被檢偏器完全阻擋；
[0014]兩束衍射測量光和兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件表面形成兩組干涉，當其他元件不動、一維反射式測量光柵沿X軸和z軸運動時，光電探測及信號處理部件分別輸出X方向和z方向兩個自由度的直線位移；
[0015]入射至位置探測及信號處理部件表面的只有兩束衍射測量光，當其他元件不動、一維反射式測量光柵繞X軸和Z軸產生微小轉角時，位置探測及信號處理部件表面的兩束衍射測量光的光斑位置會產生相應的變化，位置探測及信號處理部件將探測光斑位置的變化，并分別輸出一維反射式測量光柵繞X軸和z軸兩個自由度的微小轉角。
[0016]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述單頻激光光源是準直的線偏振半導體激光器或出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。
[0017]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述分光部件為以下三種結構中的一種:第一，所述分光部件由一維透射光柵、反射鏡、遮光光闌組成，外差式激光入射至一維透射光柵并被衍射，± I級衍射光經反射鏡偏折并通過遮光光闌形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾;第二，所述分光部件由一維透射光柵、棱鏡、遮光光闌組成，外差式激光入射至一維透射光柵并被衍射，土 I級衍射光經棱鏡偏折并通過遮光光闌形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾;第三，所述分光部件由一維透射光柵、一維折光透射光柵、遮光光闌組成，外差式激光入射至一維透射光柵并被衍射，± I級衍射光經一維折光透射光柵再次衍射后形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾。
[0018]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述測量臂折光元件為以下三種結構中的一種:第一，所述測量臂折光元件包括阻擋光闌和折光反射鏡，所述兩束平行測量光經過阻擋光闌和折光反射鏡后傳播方向分別被偏折±θ并入射至一維反射式測量光柵發生衍射;第二，所述測量臂折光元件包括阻擋光闌和折光棱鏡，所述的兩束平行測量光經過阻擋光闌和折光棱鏡后傳播方向分別被偏折± Θ并入射至一維反射式測量光柵發生衍射；第三，所述測量臂折光元件由四臺階透射光柵和阻擋光闌組成，所述四臺階透射光柵的表面結構是由兩個等周期一維四臺階光柵結構組成，四臺階透射光柵的光柵周期是一維反射式測量光柵的光柵周期的2倍，所述的兩束平行測量光經過四臺階透射光柵和阻擋光闌后傳播方向分別被偏折± Θ并入射至一維反射式測量光柵發生衍射，其他級次的衍射光被阻擋光闌阻擋。
[0019]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述參考臂折光元件為測量臂折光元件采用的三種結構中的一種。
[0020]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述位置探測及信號處理部件由2個四象限位置敏感探測器和測角信號處理電路構成，2個四象限位置敏感探測器用于探測兩束衍射測量光光斑位置的變化，測角信號處理電路用于計算并輸出一維反射式測量光柵繞X軸和ζ軸產生的微小轉角。
[0021]本發明的有益效果說明如下:
[0022]該系統使用了電光調制器產生外差式激光作為系統所用的測量光源，因此系統中的光電探測及信號處理部件所需探測的是外差式干涉信號，所以系統的光電探測及信號處理部件無需使用結構復雜的四通道棱鏡組探測結構，這極大地簡化了系統的結構，為系統實現四自由度測量奠定了基礎。該系統使用了非偏振分光鏡、檢偏器和位置探測及信號處理部件，使兩束衍射測量光入射至位置探測及信號處理部件，因此可以精確測量由于一維反射式測量光柵繞X軸和ζ軸的微小傾角所導致的兩束衍射測量光光斑位置的變化，根據一維反射式測量光柵的傾角和兩束衍射測量光光斑位置變化之間的幾何關系，可以實現對一維反射式測量光柵繞X軸和ζ軸兩個自由度的微小傾角的同時精確測量。因此本發明的顯著有益效果是提出了一種新的能夠同時測量沿X軸和Z軸方向兩個自由度的大行程直線位移和繞X軸和Z軸兩個自由度的微小轉角的外差式四自由度光柵運動測量系統，而且本發明還保留了 Z向位移量大的優點。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的一種外差式四自由度光柵運動測量系統的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明分光部件的第一種結構的結構示意圖。
[0025]圖3為本發明分光部件的第二種結構的結構示意圖。
[0026]圖4為本發明分光部件的第三種結構的結構示意圖。
[0027]圖5為本發明測量臂折光元件的第一種結構的結構示意圖。
[0028]圖6為本發明測量臂折光元件的第二種結構的結構示意圖。
[0029]圖7為本發明測量臂折光元件的第三種結構的結構示意圖。
[0030]圖8為本發明所用四臺階透射光柵的結構示意圖。
[0031 ]圖中:I一單頻激光光源;2—電光調制器;3—分光部件;31—一維透射光柵;321 —反射鏡;322一棱鏡;323一一維折光透射光柵;33一遮光光闌；4一偏振分光棱鏡;51—測量臂四分之一波片;52—參考臂四分之一波片;61—測量臂折光元件;611—阻擋光闌；612—折光反射鏡;613—折光棱鏡;614—四臺階透射光柵;62—參考臂折光元件;71—一維反射式測量光柵;7 2一一維反射式參考光柵;81一非偏振分光鏡;82一檢偏器;91一光電探測及信號處理部件;92—位置探測器及信號處理部件。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明【具體實施方式】做進一步詳細描述。
[0033]具體實施例一
[0034]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，結構示意圖如圖1所示。該測量系統包括單頻激光光源1、電光調制器2、分光部件3、偏振分光棱鏡4、測量臂四分之一波片51、測量臂折光元件61、參考臂四分之一波片52、參考臂折光元件62、一維反射式測量光柵71、一維反射式參考光柵72、非偏振分光鏡81、光電探測及信號處理部件91、檢偏器82、位置探測及信號處理部件92;
[0035]所述一維反射式測量光柵71和一維反射式參考光柵72表面形貌相同；所述測量臂折光元件61與參考臂折光元件62的折光角度均為Θ，且滿足2dSin0 = ±A，式中λ為單頻激光光源I的波長、d為一維反射式測量光柵71和一維反射式參考光柵72的光柵周期；
[0036]所述單頻激光光源I發射的是線偏振單頻激光，偏振方向與ζ軸呈45度，經快軸方向與ζ軸平行的電光調制器2調制后輸出外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿Z軸的P波分量構成，并且S波分量和P波分量之間存在一個隨電光調制器2所加載的調制電壓變化而變化的相位差；
[0037]外差式激光經過分光部件3分成兩束光強相等的平行光，這兩束平行光經過偏振分光棱鏡4后，每一束的s波分量被反射90度、形成測量光，每一束的P波分量被透射、形成參考光；
[0038]測量光的兩束平行光經過快軸方向與測量光偏振方向呈45度的測量臂四分之一波片51后均被測量臂折光元件61偏折，偏折后的兩束測量光入射至一維反射式測量光柵71并分別被衍射為+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，兩束衍射測量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過測量臂折光元件61和測量臂四分之一波片51，此時兩束衍射測量光的偏振方向沿X軸并被偏振分光棱鏡4透射至非偏振分光鏡81，非偏振分光鏡81透射的兩束衍射測量光入射至光電探測及信號處理部件91表面，非偏振分光鏡81反射的兩束衍射測量光的偏振方向沿ζ軸，經透光方向也沿ζ軸的檢偏器82后，入射至位置探測及信號處理部件92表面；
[0039]參考光的兩束平行光經過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片52后均被參考臂折光元件62偏折，偏折后的兩束參考光入射至一維反射式參考光柵72并被衍射為+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，兩束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過參考臂折光元件62和參考臂四分之一波片52，此時兩束衍射參考光的偏振方向沿y軸并被偏振分光棱鏡4反射至非偏振分光鏡81，非偏振分光鏡81透射的兩束衍射參考光入射至光電探測及信號處理部件91表面，非偏振分光鏡81反射的兩束衍射參考光的偏振方向沿y軸，因為檢偏器82的透光方向與y軸垂直，所以這兩束衍射參考光被檢偏器82完全阻擋；
[0040]兩束衍射測量光和兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件91表面形成兩組干涉，當其他元件不動、一維反射式測量光柵71沿X軸和ζ軸運動時，光電探測及信號處理部件91分別輸出X方向和ζ方向兩個自由度的直線位移；
[0041]入射至位置探測及信號處理部件92表面的只有兩束衍射測量光，當其他元件不動、一維反射式測量光柵71繞X軸和ζ軸產生微小轉角時，位置探測及信號處理部件92表面的兩束衍射測量光的光斑位置會產生相應的變化，位置探測及信號處理部件92將探測光斑位置的變化，并分別輸出一維反射式測量光柵71繞X軸和ζ軸兩個自由度的微小轉角。
[0042]上述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，所述單頻激光光源是準直的線偏振半導體激光器。
[0043]具體實施例二
[0044]本實施例與具體實施例一不同在于，所述單頻激光光源I是出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。
[0045]具體實施例三
[0046]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，分光部件3的結構不意圖如圖2所不ο該分光部件3由一維透射光柵31、反射鏡321、遮光光闌33組成，外差式激光入射至一維透射光柵31并被衍射，土 I級衍射光經反射鏡321偏折并通過遮光光闌33形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。
[0047]具體實施例四
[0048]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，分光部件3的結構不意圖如圖3所不。該分光部件3由一維透射光柵31、棱鏡322、遮光光闌33組成，外差式激光入射至一維透射光柵31并被衍射，土 I級衍射光經棱鏡322偏折并通過遮光光闌33形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。
[0049]具體實施例五
[0050]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，分光部件3的結構示意圖如圖4所示。該分光部件3由一維透射光柵31、一維折光透射光柵323、遮光光闌33組成，外差式激光入射至一維透射光柵31并被衍射，± I級衍射光經一維折光透射光柵323再次衍射后形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。
[0051 ]具體實施例六
[0052]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，測量臂折光元件61的結構示意圖如圖5所示。該測量臂折光元件61包括阻擋光闌611和折光反射鏡612，所述兩束平行測量光經過阻擋光闌611和折光反射鏡612后傳播方向分別被偏折±θ并入射至一維反射式測量光柵71發生衍射。
[0053]具體實施例七
[0054]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，測量臂折光元件61的結構示意圖如圖6所示。該測量臂折光元件61包括阻擋光闌611和折光棱鏡613，所述的兩束平行測量光經過阻擋光闌611和折光棱鏡613后傳播方向分別被偏折土Θ并入射至一維反射式測量光柵71發生衍射。
[0055]具體實施例八
[0056]本實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，與具體實施例一的整體結構相同。其中，測量臂折光元件61的結構示意圖如圖7所示。該測量臂折光元件61包括四臺階透射光柵614和阻擋光闌613，所述四臺階透射光柵614的表面結構是由兩個等周期一維四臺階光柵結構組成，四臺階透射光柵614的光柵周期是一維反射式測量光柵71的光柵周期的2倍，所述的兩束平行測量光經過四臺階透射光柵614和阻擋光闌611后傳播方向分別被偏折±θ并入射至一維反射式測量光柵71發生衍射，其他級次的衍射光被阻擋光闌611阻擋。
[0057]以上實施例的外差式四自由度光柵運動測量系統，參考臂折光元件62為具體實例施六、具體實施例七、具體實施例八所述的測量臂折光元件61結構中的一種。
[0058]本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明啟示下作出的結構變化或方法改進，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種外差式四自由度光柵運動測量系統，包括單頻激光光源(I)、電光調制器(2)、分光部件(3)、偏振分光棱鏡(4)、測量臂四分之一波片(51)、測量臂折光元件(61)、參考臂四分之一波片(52)、參考臂折光元件(62)、一維反射式測量光柵(71)、一維反射式參考光柵(72)、非偏振分光鏡(81)、光電探測及信號處理部件(91)、檢偏器(82)、位置探測及信號處理部件(92);所述單頻激光光源(I)發射的是偏振方向與z軸呈45度的線偏振單頻激光，發出的激光經快軸方向與z軸平行的電光調制器(2)形成外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿z軸的P波分量構成，并且s波分量和P波分量之間存在一個隨電光調制器(2)所加載的調制電壓變化而變化的相位差;外差式激光進入分光部件(3)并被分成兩束光強相等的平行光，兩束平行光經過偏振分光棱鏡(4)，兩束平行光每一束的s波分量被反射90度形成測量光，每一束的P波分量被透射形成參考光;測量光的兩束平行光經過快軸方向與測量光偏振方向呈45度的測量臂四分之一波片(51)后均被測量臂折光元件(61)偏折，偏折后的兩束測量光入射至一維反射式測量光柵(71)并分別被衍射為+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，兩束衍射測量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過測量臂折光元件(61)和測量臂四分之一波片(51)，并被偏振分光棱鏡(4)透射至非偏振分光鏡(81)，非偏振分光鏡(81)透射的兩束衍射測量光入射至光電探測及信號處理部件(91)表面，非偏振分光鏡(81)反射的兩束衍射測量光經透光方向沿z軸的檢偏器(82)入射至位置探測及信號處理部件(92)表面;參考光的兩束平行光經過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片(52)后均被參考臂折光元件(62)偏折，偏折后的兩束參考光入射至一維反射式參考光柵(72)并分別被衍射為+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，兩束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經過參考臂折光元件(62)和參考臂四分之一波片(52)，并被偏振分光棱鏡(4)反射至非偏振分光鏡(81)，非偏振分光鏡(81)透射的兩束衍射參考光入射至光電探測及信號處理部件(91)表面，與兩束衍射測量光形成兩組干涉，非偏振分光鏡(81)反射的兩束衍射參考光被檢偏器(82)完全阻擋。2.根據權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述一維反射式測量光柵(71)和一維反射式參考光柵(72)表面形貌相同；所述測量臂折光元件(61)與參考臂折光元件(62)的折光角度均為Θ，且滿足 2dsin0= ±λ 式中λ為單頻激光光源(I)的波長;d為一維反射式測量光柵(71)和一維反射式參考光柵(72)的光柵周期。3.根據權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述單頻激光光源(I)是準直的線偏振半導體激光器或出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。4.根據權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述的分光部件(3)為以下三種結構中的一種:第一，所述的分光部件(3)由一維透射光柵(31)、反射鏡(321)、遮光光闌(33)組成，所述外差式激光入射至一維透射光柵(3)并被衍射，± I級衍射光經反射鏡(321)偏折并通過遮光光闌(33)形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌(33)過濾；第二，所述的分光部件(3)由一維透射光柵(31)、棱鏡(322)、遮光光闌(33)組成，所述外差式激光入射至一維透射光柵(31)并被衍射，±1級衍射光經棱鏡(322)偏折并通過遮光光闌(33)形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌(33)過濾;第三，所述的分光部件(3)由一維透射光柵(31)、一維折光透射光柵(323)、遮光光闌(33)組成，所述外差式激光入射至一維透射光柵(31)并被衍射，±1級衍射光經一維折光透射光柵(323)再次衍射后形成兩束光強相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌(33)過濾。5.根據權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述測量臂折光元件(61)為以下三種結構中的一種:第一、所述的測量臂折光元件(61)包括阻擋光闌(611)和折光反射鏡(612)，所述兩束平行測量光經過阻擋光闌(611)和折光反射鏡(612)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至一維反射式測量光柵(71)發生衍射;第二，所述的測量臂折光元件(61)包括阻擋光闌(611)和折光棱鏡(613)，所述的兩束平行測量光經過阻擋光闌(611)和折光棱鏡(613)后傳播方向分別被偏折± Θ并入射至一維反射式測量光柵(71)發生衍射;第三，所述的測量臂折光元件(61)包括四臺階透射光柵(614)和阻擋光闌(613)，所述四臺階透射光柵(614)的表面結構是由兩個等周期一維四臺階光柵結構組成，四臺階透射光柵(614)的光柵周期是一維反射式測量光柵(71)的光柵周期的2倍，所述的兩束平行測量光經過四臺階透射光柵(614)和阻擋光闌(611)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至一維反射式測量光柵(71)發生衍射，其他級次的衍射光被阻擋光闌(611)阻擋。6.如權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述參考臂折光元件(62)為測量臂折光元件(61)采用的三種結構中的一種。7.如權利要求1所述的一種外差式四自由度光柵運動測量系統，其特征在于:所述位置探測及信號處理部件(92)由2個四象限位置敏感探測器和測角信號處理電路構成，2個四象限位置敏感探測器用于探測兩束衍射測量光光斑位置的變化，測角信號處理電路用于計算并輸出一維反射式測量光柵繞X軸和ζ軸產生的微小轉角。
【文檔編號】G01B11/26GK106091940SQ201610442465
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】林杰, 關健, 李丹陽, 金鵬, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業大學