[实用新型]一种用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置或干涉测量头，尤其涉及使用一种紧凑的干涉测量光路及相关器件，来制造一种小型干涉测量头；更具体地，该干涉测量装置可以将施加在衍射光栅上的一维位移，转换为包含有位移信息的干涉条纹影像及其对应的电信号。

背景技术

随着先进制造技术的快速发展，各种微纳位移测量技术和设备层出不穷。在纳米级分辨率的位移测量领域中，衍射光栅干涉测量技术得到广泛的应用。该技术把被测一维位移施加在衍射光栅上，借助于干涉测量光路和光电转换，衍射光栅的一维位移被转化为周期变化的电信号，通过对电信号的相关处理或计算即可得到衍射光栅的实际位移量。

衍射光栅的干涉测量光路或者干涉测量装置，目前主要分为两大类：一类是利用非偏振光，另一类是利用偏振光。基于非偏振光的干涉测量装置，是采用非偏振光的光路来产生激光干涉，输出的激光干涉条纹照射在四象限光电探测器阵列上，通过调整干涉条纹的疏密程度，或者调整阵列探头在空间的布局角度来获得两路或四路相位差为90°的正弦电信号；另一类基于偏振光的干涉测量装置，是利用偏振光、偏振光路及波片相位延迟技术来获得相位差依次为90°的干涉条纹，通过使用四个独立的光电探头获得四路相位差为90°的正弦电信号。最后，两类干涉测量装置都要使用硬件细分电路或软件细分技术对含有位移信息的电信号进行细分，来得到纳米级分辨率的位移测量结果。

但是，目前基于非偏振光及基于偏振光的衍射光栅干涉测量装置在结构上都过于复杂和庞大，影响了其实用性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置过于复杂和庞大的不足，提供一种采用双层光路的非偏振型干涉测量装置，来实现位移的精密测量，并减少干涉测量头的结构尺寸。

本实用新型的技术方案是：一种用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置，采用上、下两层光路结构和差分放大电路，上层光路上设置有激光器、滤波镜片及第1反光棱镜，在下层光路上设置有第2反光棱镜、衍射光栅、第1反光镜、第2反光镜、立方体分光镜、放大透镜及光电探头阵列，所述激光器射出准直单色激光束经过滤波镜片后形成单频激光束，被第1反光棱镜反射后传给第2反光棱镜，第2反光棱镜把接收到的激光束水平反射给衍射光栅，并保持对衍射光栅表面的垂直入射，衍射光栅输出的+1级衍射光和－1级衍射光经第1反光镜和第2反光镜反射后在立方体分光镜中会合，发生干涉后输出，经过放大透镜的放大照射在光电探头阵列上，光电探头阵列的四象限探测器A、B、C及D输出四路光电转换信号，提供给所述差分放大电路处理，输出用于表示衍射光栅线性位移量的两路位移信号。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述衍射光栅的入射激光束垂直于衍射光栅的表面。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述第1反光棱镜和第2反光棱镜均采用直角棱镜。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述立方体分光镜采用非偏振型立方体分光镜或者普通立方体分光镜。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述光电探头阵列采用一种IC型微小光电探头阵列，且该阵列至少包含一组四象限探测器A、B、C及D。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述激光器(1)射出的单色激光束是红外激光、红激光、绿激光、蓝激光或紫激光。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述衍射光栅的线性位移，来自一维平面衍射光栅或二维平面衍射光栅产生的线性位移。

在上述用于衍射光栅位移测量系统的干涉测量装置中，所述衍射光栅的线性位移，来自柱面衍射光栅及球面衍射光栅回转而产生的等效线性位移。