[發(fā)明專利]回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410114025.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN104949616A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳萍;張志平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時(shí)云

1.一種回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括光柵尺測(cè)量探頭和光柵，其中，所述光柵尺測(cè)量探頭包括光源、信號(hào)輸出單元、測(cè)量單元和回射單元，所述光源發(fā)出的光束入射至所述測(cè)量單元，從所述測(cè)量單元出射后以非利特羅角度入射至所述光柵上，經(jīng)光柵衍射后的光束入射至所述回射單元，經(jīng)所述回射單元回射的光束沿入射光方向原路返回所述光柵上，在光柵上發(fā)生第二次衍射后原路返回至所述測(cè)量單元，經(jīng)所述測(cè)量單元作用后，入射至所述信號(hào)輸出單元，從所述信號(hào)輸出單元輸出測(cè)量信號(hào)。

2.如權(quán)利要求1所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述回射單元為反射鏡、反射光柵、或者透射光柵與反射鏡的組合。

3.如權(quán)利要求1所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為激光光源。

4.如權(quán)利要求3所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源為單頻激光光源或雙頻激光光源。

5.如權(quán)利要求3或4所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源還包括傳輸光纖和準(zhǔn)直器，所述激光光源發(fā)出的激光束通過所述傳輸光纖遠(yuǎn)程連接至所述準(zhǔn)直器，光束經(jīng)所述準(zhǔn)直器處理入射至所述測(cè)量單元。

6.如權(quán)利要求1所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量單元包括偏振分光棱鏡、第一四分之一波片、第二反射鏡、角錐棱鏡和第二四分之一波片，所述光源發(fā)出的光束入射至所述偏振分光棱鏡，在所述偏振分光棱鏡的分光面進(jìn)行分光，一部分光束經(jīng)所述第一四分之一波片后入射至所述第二反射鏡，被所述第二反射鏡反射，并再次經(jīng)過所述第一四分之一波片后從所述偏振分光棱鏡的分光面透射至所述角錐棱鏡，經(jīng)所述角錐棱鏡的反射后再次通過所述分光面透射，并依次入射至所述第一四分之一波片和第二反射鏡，被第二反射鏡反射的光束再次經(jīng)過四分之一波片后在分光面發(fā)生反射，進(jìn)入所述信號(hào)輸出單元，作為參考光束；另一部分光束從所述偏振分光棱鏡的分光面透射，經(jīng)第二四分之一波片后以入射角α入射至所述光柵上，并以β角發(fā)生衍射，衍射光束入射至所述回射單元，經(jīng)所述回射單元的回射按原路返回至所述光柵，并沿α角返回測(cè)量單元，再次經(jīng)過所述第二四分之一波片后經(jīng)所述分光面進(jìn)行反射，經(jīng)所述角錐棱鏡再次反射，在所述分光面反射后再次入射至光柵，經(jīng)所述回射單元后原路返回至所述測(cè)量單元，最終從所述分光面透射，入射至所述信號(hào)輸出單元，作為測(cè)量光束。

7.如權(quán)利要求6所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)輸出單元根據(jù)所述測(cè)量光束與所述參考光束得到干涉條紋數(shù)，并計(jì)算出光柵相對(duì)于所述光柵尺測(cè)量探頭的位移信息。

8.如權(quán)利要求1所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)輸出單元為探測(cè)器。

9.如權(quán)利要求8所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器采用單一探測(cè)器或四象限探測(cè)器。

10.如權(quán)利要求8或9所述的回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器還包括耦合器和探測(cè)光纖，從所述測(cè)量單元輸出的帶有位移信息的信號(hào)光由所述耦合器耦合至所述探測(cè)光纖，并通過所述探測(cè)光纖傳輸至所述探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。

11.一種二維測(cè)量系統(tǒng)，采用光柵和兩個(gè)如權(quán)利要求1所述的光柵尺測(cè)量探頭組成，其特征在于，所述光柵沿X方向設(shè)置，所述兩個(gè)光柵尺測(cè)量探頭設(shè)置于所述光柵的同側(cè)，并以Z方向?yàn)閷?duì)稱軸對(duì)稱設(shè)置。

12.一種六自由度測(cè)量系統(tǒng)，采用二維光柵和三個(gè)如權(quán)利要求1所述的光柵尺測(cè)量探頭組成，其特征在于，所述二維光柵沿X方向和Y方向設(shè)置，其中兩個(gè)光柵尺測(cè)量探頭沿Y方向設(shè)置于X方向的正向或負(fù)向，另外一個(gè)光柵尺測(cè)量探頭設(shè)置于X方向的負(fù)向或正向。