[发明专利]光栅测量装置

权利要求书

1.一种光栅测量装置，其特征在于，包括：

光源模块，用于产生频率不同的两束光束；

光栅；

信号处理模块；

以及光栅测量探头，包括双频入光模块、水平向探测模块、参考探测模块及两个对称设置的回射器，其中，所述双频入光模块用于接收所述两束光束，并将所述两束光束投射到所述光栅表面和参考探测模块，所述两束光束投射到所述参考探测模块发生干涉形成参考干涉信号，所述两束光束在所述光栅表面发生衍射，衍射光分别投射至对应的回射器，经所述回射器回射到所述光栅表面发生二次衍射，两束二次衍射光汇聚投射到所述水平向探测模块发生干涉形成水平向位移干涉信号；

所述信号处理模块探测所述水平向位移干涉信号和所述参考干涉信号，并计算所述光栅的水平向位移；

所述光栅测量探头还包括：垂向测量模块和垂向探测模块，经所述双频入光模块出射的两束光束中的一束光束经所述垂向测量模块投射至所述光栅表面，经所述光栅表面衍射的衍射光与所述两束光束中的另一束光束投射至所述垂向探测模块发生干涉形成垂向位移干涉信号，所述信号处理模块接收所述垂向位移干涉信号，并结合所述参考干涉信号计算所述光栅的垂向位移；

所述垂向测量模块包括：第二偏振分光棱镜、第二角锥棱镜和偏振控制器，垂向测量用的光束先经所述第二偏振分光棱镜透射，由偏振控制器旋转偏振方向，投射到光栅上发生一次衍射，一次衍射的零级衍射光再次经所述偏振控制器旋转偏振方向后入射至所述第二偏振分光棱镜，经所述第二偏振分光棱镜反射至所述第二角锥棱镜后返回到所述第二偏振分光棱镜，之后再次入射到所述光栅上发生二次衍射，二次衍射光中的零级衍射光经所述第二偏振分光棱镜后投射到所述垂向探测模块。

2.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述回射器可选角锥棱镜。

3.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述光源模块包括：激光器、隔离器、分光器、频移器、第一耦合器和第二耦合器；所述激光器发出的光束经隔离器后，由所述分光器分光为两束，分别进入所述频移器产生频率不同的所述两束光束，所述两束光束分别经第一、第二耦合器耦合后传送至所述光栅测量探头。

4.如权利要求3所述的光栅测量装置，其特征在于，所述激光器采用气体激光器。

5.如权利要求3所述的光栅测量装置，其特征在于，所述频移器为塞曼分频器、双折射元件或两个声光频移器。

6.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述光栅为一维光栅或者二维光栅。

7.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述水平向探测模块包括分光器、X向测量耦合器及Y向测量耦合器，经所述光栅衍射后的两束光束被所述分光器分光后分别被所述X向测量耦合器和所述Y向测量耦合器耦合。

8.如权利要求7所述的光栅测量装置，其特征在于，所述分光器可选偏振分光棱镜。

9.如权利要求8所述的光栅测量装置，其特征在于，所述偏振分光棱镜的分光方向与所述光栅的栅距方向相同。

10.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述双频入光模块包括第一分束镜和第二分束镜，所述两束光束中的一束经所述第一分束镜分束后分别入射至所述光栅和所述参考探测模块，所述两束光束中的另一束经所述第二分束镜分束后分别入射至所述光栅和所述参考探测模块。

11.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述双频入光模块包括第一分束镜、第二分束镜及第三分束镜，所述垂向探测模块包括垂向测量耦合器，所述两束光束中的一束光束由所述第一分束镜分束后分别入射至所述垂向测量模块和所述参考探测模块，所述两束光书中的另一束光束由所述第二分束镜分束后分别入射至所述第三分束镜和所述参考探测模块，所述第三分束镜将接收的光束分束后分别入射至所述垂向测量模块和所述光栅表面，所述垂向测量耦合器将经所述垂向测量模块出射的光束合束。