[发明专利]外差二维光栅位移测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种外差二维光栅位移测量系统，包括光源，所述光源用于产生两束重合、偏振正交且具有固定频差的线偏振光，分别为第一线偏振光和第二线偏振光；其特征在于，还包括读数头、光电接收模块和信号处理系统；其中，

所述读数头用于接收所述第一线偏振光和所述第二线偏振光，并分别入射到二维测量光栅的表面生成第一维度±1级衍射光和第二维度±1级衍射光，第一维度±1级衍射光和第二维度±1级衍射光再经所述读数头分别入射到所述光电接收模块；

所述光电接收模块用于分别根据所述第一维度±1级衍射光和所述第二维度±1级衍射光生成对应的拍频信号，发送至所述信号处理系统；

所述信号处理系统用于对所述第一维度±1级衍射光生成的拍频信号进行差分计算和对所述第二维度±1级衍射光的拍频信号进行差分计算，实现所述二维测量光栅第一维度和第二维度的单次衍射4倍光学细分的位移测量；

所述读数头包括偏振分光棱镜、第一1/4波片、镀有反射膜的第二1/4波片、第三1/4波片、回转棱镜和转折元件；其中，

所述偏振分光棱镜用于接收所述第一线偏振光和所述第二线偏振光，并将所述第二线偏振光透射到所述第一1/4波片，将所述第一线偏振光反射到所述第二1/4波片；

所述第一1/4波片设置在所述偏振分光棱镜的透射光路上，用于将所述第二线偏振光变为右旋偏振光后入射到所述回转棱镜；

所述回转棱镜设置在所述第一1/4波片的透射光路上，用于对所述第二线偏振光进行回射，当所述第二线偏振光再次经过所述第一1/4波片变为S偏振光后，回到所述偏振分光棱镜；

所述第二1/4波片设置在所述偏振分光棱镜的反射光路上，用于将所述第一线偏振光变为左旋偏振光后进行反射，再次经过所述第二1/4波片变为P偏振光后，回到所述偏振分光棱镜；

所述偏振分光棱镜还用于对所述第一线偏振光进行透射，对所述第二线偏振光反射，使所述第一线偏振光与所述第二线偏振光合束后入射到所述第三1/4波片；

所述第三1/4波片设置在所述偏振分光棱镜对所述第一线偏振光进行透射的光路上，用于将所述第一线偏振光变为右旋偏振光后垂直入射到所述二维测量光栅的表面，将所述第二线偏振光变为左旋偏振光后垂直入射到所述二维测量光栅的表面，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光分别衍射生成所述第一维度±1级衍射光和所述第二维度±1级衍射光；

所述光电接收模块包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器。

2.如权利要求1所述的外差二维光栅位移测量系统，其特征在于，所述第一线偏振光是频率为f_A的S偏振光，所述第二线偏振光为频率为f_B的P偏振光。

3.如权利要求2所述的外差二维光栅位移测量系统，其特征在于，所述第一维度±1级衍射光包括第一维度-1级衍射光和第一维度+1级衍射光，所述第二维度±1级衍射光包括第二维度-1级衍射光和第二维度+1级衍射光，所述第一维度-1级衍射光、所述第一维度+1级衍射光、所述第二维度-1级衍射光、所述第二维度+1级衍射光分别包含所述第一线偏振光分量和所述第二线偏振光分量。