[发明专利]基于自聚焦原理的光栅精密测量结构及测量方法

权利要求书

1.基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，包括用于产生激光光束的激光器、光学棱镜、光栅、光电探测器，其特征在于，所述光学棱镜包括一反射镜、一分光镜、一准直镜；

所述光栅包括一第一光栅、第二光栅，以所述第一光栅作为一分光光栅，以所述第二光栅作为一测量光栅；

所述激光器的出光口设有所述分光光栅，所述分光光栅将激光器发出的激光分为三束衍射光，所述分光光栅上方设有所述分光镜，所述分光镜的左方设有所述反射镜，所述反射镜的反射面位于右侧，且所述反射镜向左倾斜设置，所述反射镜的上方设有所述准直镜，所述准直镜的上方设有所述物镜，所述物镜的上方设有所述测量光栅；

所述分光镜的右方设有一柱面镜，所述柱面镜右方设有所述光电探测器。

2.根据权利要求1所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述激光器是分布反馈式半导体激光器。

3.根据权利要求2所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述激光器是量子阱式半导体激光器。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述激光器包括一激光二极管。

5.根据权利要求1所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述光电探测器是一六象限光电探测器，所述六象限光电探测器内设有一检测电路，所述六象限光电探测器通过所述检测电路连接一信号处理电路，所述信号处理电路连接一PID反馈控制电路；

所述PID反馈控制电路连接一压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器固定连接所述物镜。

6.根据权利要求1所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述光电探测器的感光面正对朝向所述柱面镜的出射光。

7.根据权利要求1所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述反射镜沿水平方向上的倾斜角度为20°～70°。

8.根据权利要求5所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构，其特征在于：所述六象限光电探测器设有三个感光区域，用于感应0级光束的第一感光区域、用于感应-1级光束的第二感光区域、用于感应+1级光束的第三感光区域，所述第二感光区域与所述第三感光区域分别位于所述第一感光区域的左右两侧。

9.根据权利要求5所述的基于自聚焦原理的光栅精密测量结构的测量方法，其特征在于：所述激光器发出的光束经所述分光光栅衍射后分为0级和±1级光束，0级光束用于测量，±1级光束获得循迹伺服信号用于判别光栅位移方向；

0级和±1级光束三光束依次经过所述分光镜，所述反射镜、经所述准直镜后成三束平行光束，进入所述物镜聚焦于所述测量光栅上；

所述测量光栅上测量信号的反射光束按原路返回至所述分光镜；

0级和±1级光束三光束后经所述柱面镜后聚焦在所述六象限光电探测器上，所述六象限光电探测器输出的聚焦误差信号经检测电路、信号处理电路传输信号至PID反馈控制电路，反馈控制电路压电陶瓷驱动器带动所述物镜移动，使得所述物镜焦点和所述测量光栅平面位置重合，实现自动聚焦。