[發明專利]外差二維光柵位移測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 202010953663.0
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112097651B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 劉兆武;李文昊;吉日嘎蘭圖;于宏柱;王瑋;姚雪峰;尹云飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B27/28
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

1.一種外差二維光柵位移測量系統，包括光源，所述光源用于產生兩束重合、偏振正交且具有固定頻差的線偏振光，分別為第一線偏振光和第二線偏振光；其特征在于，還包括讀數頭、光電接收模塊和信號處理系統；其中，

所述讀數頭用于接收所述第一線偏振光和所述第二線偏振光，并分別入射到二維測量光柵的表面生成第一維度±1級衍射光和第二維度±1級衍射光，第一維度±1級衍射光和第二維度±1級衍射光再經所述讀數頭分別入射到所述光電接收模塊；

所述光電接收模塊用于分別根據所述第一維度±1級衍射光和所述第二維度±1級衍射光生成對應的拍頻信號，發送至所述信號處理系統；

所述信號處理系統用于對所述第一維度±1級衍射光生成的拍頻信號進行差分計算和對所述第二維度±1級衍射光的拍頻信號進行差分計算，實現所述二維測量光柵第一維度和第二維度的單次衍射4倍光學細分的位移測量；

所述讀數頭包括偏振分光棱鏡、第一1/4波片、鍍有反射膜的第二1/4波片、第三1/4波片、回轉棱鏡和轉折元件；其中，

所述偏振分光棱鏡用于接收所述第一線偏振光和所述第二線偏振光，并將所述第二線偏振光透射到所述第一1/4波片，將所述第一線偏振光反射到所述第二1/4波片；

所述第一1/4波片設置在所述偏振分光棱鏡的透射光路上，用于將所述第二線偏振光變為右旋偏振光后入射到所述回轉棱鏡；

所述回轉棱鏡設置在所述第一1/4波片的透射光路上，用于對所述第二線偏振光進行回射，當所述第二線偏振光再次經過所述第一1/4波片變為S偏振光后，回到所述偏振分光棱鏡；

所述第二1/4波片設置在所述偏振分光棱鏡的反射光路上，用于將所述第一線偏振光變為左旋偏振光后進行反射，再次經過所述第二1/4波片變為P偏振光后，回到所述偏振分光棱鏡；

所述偏振分光棱鏡還用于對所述第一線偏振光進行透射，對所述第二線偏振光反射，使所述第一線偏振光與所述第二線偏振光合束后入射到所述第三1/4波片；

所述第三1/4波片設置在所述偏振分光棱鏡對所述第一線偏振光進行透射的光路上，用于將所述第一線偏振光變為右旋偏振光后垂直入射到所述二維測量光柵的表面，將所述第二線偏振光變為左旋偏振光后垂直入射到所述二維測量光柵的表面，所述第一線偏振光與所述第二線偏振光分別衍射生成所述第一維度±1級衍射光和所述第二維度±1級衍射光；

所述光電接收模塊包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器。

2.如權利要求1所述的外差二維光柵位移測量系統，其特征在于，所述第一線偏振光是頻率為f_A的S偏振光，所述第二線偏振光為頻率為f_B的P偏振光。

3.如權利要求2所述的外差二維光柵位移測量系統，其特征在于，所述第一維度±1級衍射光包括第一維度-1級衍射光和第一維度+1級衍射光，所述第二維度±1級衍射光包括第二維度-1級衍射光和第二維度+1級衍射光，所述第一維度-1級衍射光、所述第一維度+1級衍射光、所述第二維度-1級衍射光、所述第二維度+1級衍射光分別包含所述第一線偏振光分量和所述第二線偏振光分量。