[发明专利]基于光场栅的位移测量装置及其位移测量方法

权利要求书

1.基于光场栅的位移测量装置，其特征在于：包括测量系统、线性位移工作平台和光电探测器模块；所述线性位移工作平台和光电探测器模块能固定在一起；所述测量系统包括系统光源、半透半反分光平面镜、第一激光扩束准直器、第二激光扩束准直器、第一平面反射镜和第二平面反射镜，所述系统光源、半透半反分光平面镜、第一激光扩束准直器、第二激光扩束准直器和第二平面反射镜相对固定以构成一个整体；所述第一平面反射镜能相对该整体摆动以能调节偏转角度，所述线性位移工作平台能相对该整体平移和旋转；所述半透半反分光平面镜设置在系统光源之前，以使系统光源发出的一束光入射到半透半反分光平面镜后被分为传播方向互相垂直且能量相等的两束相干光；所述第一激光扩束准直器和第二激光扩束准直器垂直布置且都适配半透半反分光平面镜，以使两束相干光分别经第一激光扩束准直器与第二激光扩束准直器放大直径；所述第一平面反射镜设于第一激光扩束准直器和线性位移工作平台间，所述第二平面反射镜设于第二激光扩束准直器和线性位移工作平台间，以通过第一平面反射镜和第二平面反射镜控制光路，使两束相干光都打在线性位移工作平台上表面以能产生两个椭圆光斑。

2.根据权利要求1所述的基于光场栅的位移测量装置的位移测量方法，其特征在于：包括：

步骤1，调整第一平面反射镜偏转角度，以定制干涉光场的空间体积和条纹间距；

步骤2，对线性位移工作平台进行平移与旋转，调整两个光斑形状与位置，使二个光斑完全重合，从而形成明暗相间的干涉条纹；重合后光斑的长轴决定系统的量程，干涉条纹的宽度决定系统的分辨率；

步骤3，光电探测器模块位于干涉光场之中并与线性位移工作平台相对固定，用于采集至少两路相位差为90°的信号；

步骤4，由四细分辨向计数得到位移量，并获知方向。

3.基于光场栅的位移测量装置，其特征在于：包括测量系统、线性位移工作平台和光电探测器模块；所述线性位移工作平台和光电探测器模块能固定在一起；所述测量系统包括系统光源、激光扩束准直器、第一平面反射镜、第二平面反射镜和半透半反分光棱镜；所述半导体激光器、激光扩束准直器、第二平面反射镜和半透半反分光棱镜相对固定构成一个整体；所述第一平面反射镜能相对该整体摆动以能调节偏转角度，所述线性位移工作平台能相对该整体平移和旋转；所述激光扩束准直器位于系统光源之前，以通过激光扩束准直器放大系统光源发出的一束光的光束直径；所述半透半反分光棱镜位于激光扩束准直器之前以将光束分为两路能量相等且垂直的相干光；所述第一平面反射镜与第二平面反射镜配合半透半反分光棱镜和线性位移工作平台，以通过第一平面反射镜与第二平面反射镜令光路返回，再次经过半透半反分光棱镜后两束光重新汇合形成干涉场，最终在线性位移工作平台的上表面形成一个圆形光斑，其内部为明暗相间的干涉条纹。

4.根据权利要求3所述的基于光场栅的位移测量装置的位移测量方法，其特征在于：包括：

步骤1，调整第一平面反射镜的偏转角度，实现干涉条纹宽度；

步骤2，光电探测器模块位于干涉光场之中并与线性位移工作平台相对固定，以采集至少两路相位差为90°的干涉信号；

步骤3，由四细分辨向计数得到位移量，并获知方向。

5.基于光场栅的位移测量装置，其特征在于：包括测量系统、线性位移工作平台和光电探测器模块；所述线性位移工作平台和光电探测器模块能固定在一起；所述线性位移工作平台包括两块表面光滑的玻璃板，两块玻璃板叠在一起，其中两玻璃板具有背向的第一侧和第二侧，所述两玻璃板第一侧接触，所述两玻璃板第二侧之间垫设垫块，第二侧的垫高使两玻璃板之间形成一个微小夹角进而形成空气劈尖；所述测量系统包括系统光源和激光扩束准直器；所述激光扩束准直器位于系统光源之前，以通过激光扩束准直器放大系统光源发出的一束光的光束直径，在线性位移工作平台上表面便形成一个椭圆光斑，其内部为明暗相间的等厚干涉条纹。