[发明专利]一种结构紧凑的光栅三维位移测量装置

摘要

一种结构紧凑的衍射光栅三维位移测量装置，属于微位移测量技术，由标尺光栅、光源、复合型扫描光栅、X向探测部件、Y向探测部件、Z向探测部件构成；光源为激光器；标尺光栅和复合型扫描光栅平行放置，通过光栅周期和栅线方向的合理布置，该装置能够同时测量X向、Y向和Z向位移的三维位移，且结构紧凑，体积小，抗干扰能力强，能够实现X向和Y向光学4倍细分，Z向光源波长2细分，配合合适电学细分卡，可实现纳米甚至更高分辨率及精度，可应用于小体积多维度的高精度位移测量实践中。

主权项

1.一种结构紧凑的衍射光栅三维位移测量装置，包括标尺光栅(1)、光源(2)、复合型扫描光栅(3)、X向探测部件(4)、Y向探测部件(5)、Z向探测部件(6)，其特征在于：所述的复合型扫描光栅(3)中间区域为二维光栅，两个栅线方向分别沿X轴和Y轴方向，沿X轴方向在二维光栅两侧布置两个一维光栅，栅线方向与Y轴平行，沿Y轴方向在二维光栅两侧布置两个一维光栅，栅线方向与X轴平行；所述的标尺光栅(1)为二维矩形光栅，其栅线与复合型扫描光栅(3)的栅线平行或垂直，标尺光栅(1)周期与复合型扫描光栅(3)的中间区域二维光栅及周围布置的一维光栅周期均相同；所述的激光器(2)出射的激光(OP1)垂直入射到复合型扫描光栅(3)中间的二维区域后分为透射衍射光和反射衍射光；所述的反射衍射光包括0级和1级反射衍射光；所述的透射衍射光包括垂直透射的0级透射衍射光(OP2)、偏向X轴方向的2级透射衍射光(OP4)和偏向Y轴方向的2级透射衍射光(OP3)，其中垂直透射的0级衍射光(OP2)到达标尺光栅(1)后反射衍射为原路返回的0级反射衍射光(OP5)、偏向X轴方向的2级反射衍射光(OP6)和偏向Y轴方向的2级反射衍射光(OP8)；原路返回的0级反射衍射光(OP5)回到复合型扫描光栅(3)中间的二维区域后发生透射衍射，衍射为0级透射衍射光和1级透射衍射光，分别与复合型扫描光栅(3)直接反射的0级和1级反射光发生干涉，形成两组干涉信号，被Z向探测部件(6)获取，可以通过这两组信号得到Z向的位移；反射衍射光(OP6)与透射衍射光(OP4)经标尺光栅(1)反射的‑2级反射衍射光(OP7)在复合型扫描光栅(3)上的一维光栅区域合光干涉，产生两组干涉信号，被X向探测部件(4)获取，可以通过这两组信号得到X轴方向上的位移；所述的透射衍射光(OP8)与透射衍射光(OP3)经标尺光栅(1)反射的‑2级反射衍射光(OP9)在复合型扫描光栅(3)上的一维光栅区域合光干涉，产生两组干涉信号，被Y向探测部件(5)获取，可以通过这两组信号得到Y轴方向上的位移。