[發(fā)明專利]基于自聚焦原理的光柵精密測量結構及測量方法

有效

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• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103994722A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 蔣敏蘭;鄭華清
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

1.基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，包括用于產生激光光束的激光器、光學棱鏡、光柵、光電探測器，其特征在于，所述光學棱鏡包括一反射鏡、一分光鏡、一準直鏡；

所述光柵包括一第一光柵、第二光柵，以所述第一光柵作為一分光光柵，以所述第二光柵作為一測量光柵；

所述激光器的出光口設有所述分光光柵，所述分光光柵將激光器發(fā)出的激光分為三束衍射光，所述分光光柵上方設有所述分光鏡，所述分光鏡的左方設有所述反射鏡，所述反射鏡的反射面位于右側，且所述反射鏡向左傾斜設置，所述反射鏡的上方設有所述準直鏡，所述準直鏡的上方設有所述物鏡，所述物鏡的上方設有所述測量光柵；

所述分光鏡的右方設有一柱面鏡，所述柱面鏡右方設有所述光電探測器。

2.根據權利要求1所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述激光器是分布反饋式半導體激光器。

3.根據權利要求2所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述激光器是量子阱式半導體激光器。

4.根據權利要求1、2或3所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述激光器包括一激光二極管。

5.根據權利要求1所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述光電探測器是一六象限光電探測器，所述六象限光電探測器內設有一檢測電路，所述六象限光電探測器通過所述檢測電路連接一信號處理電路，所述信號處理電路連接一PID反饋控制電路；

所述PID反饋控制電路連接一壓電陶瓷驅動器，所述壓電陶瓷驅動器固定連接所述物鏡。

6.根據權利要求1所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述光電探測器的感光面正對朝向所述柱面鏡的出射光。

7.根據權利要求1所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述反射鏡沿水平方向上的傾斜角度為20°～70°。

8.根據權利要求5所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構，其特征在于：所述六象限光電探測器設有三個感光區(qū)域，用于感應0級光束的第一感光區(qū)域、用于感應-1級光束的第二感光區(qū)域、用于感應+1級光束的第三感光區(qū)域，所述第二感光區(qū)域與所述第三感光區(qū)域分別位于所述第一感光區(qū)域的左右兩側。

9.根據權利要求5所述的基于自聚焦原理的光柵精密測量結構的測量方法，其特征在于：所述激光器發(fā)出的光束經所述分光光柵衍射后分為0級和±1級光束，0級光束用于測量，±1級光束獲得循跡伺服信號用于判別光柵位移方向；

0級和±1級光束三光束依次經過所述分光鏡，所述反射鏡、經所述準直鏡后成三束平行光束，進入所述物鏡聚焦于所述測量光柵上；

所述測量光柵上測量信號的反射光束按原路返回至所述分光鏡；

0級和±1級光束三光束后經所述柱面鏡后聚焦在所述六象限光電探測器上，所述六象限光電探測器輸出的聚焦誤差信號經檢測電路、信號處理電路傳輸信號至PID反饋控制電路，反饋控制電路壓電陶瓷驅動器帶動所述物鏡移動，使得所述物鏡焦點和所述測量光柵平面位置重合，實現自動聚焦。