本發(fā)明涉及一種光柵運動測量系統(tǒng)，特別涉及一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多軸精密位移臺在超精密加工設(shè)備和超精密測量儀器中得到了廣泛的應(yīng)用，并且作為這些裝備的核心部件，直接影響著超精密加工和測量的精度。例如，在半導(dǎo)體工業(yè)的核心生產(chǎn)設(shè)備光刻機(jī)中，超精密工件臺被用于承載基片并完成裝片、曝光、換臺、卸片過程中的高速超精密運動。超精密工件臺的運動精度直接決定著所加工的半導(dǎo)體芯片的加工精度，進(jìn)而對半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量和性能有很大的影響。此外，在共焦顯微鏡等掃描成像式顯微鏡中，多軸精密位移臺往往被用于承載待測樣品并完成掃描運動。多軸精密位移臺的運動精度直接決定著樣品的掃描精度，進(jìn)而影響著樣品測量的準(zhǔn)確度。因此，對多軸精密位移臺的運動進(jìn)行精確測量和控制就顯得格外重要。

多軸精密位移臺的超精密運動往往具有多自由度、大行程、位移分辨力高、精度高等特點。而且在實際系統(tǒng)中，由于機(jī)械加工誤差的客觀存在，多軸精密位移臺不可能進(jìn)行理想的沿軸直線運動，這意味著在其沿軸運動的同時必然存在著繞軸的偏轉(zhuǎn)。雖然這種繞軸偏轉(zhuǎn)的傾角都很微小，但在超精密運動測量中仍會造成不可忽視的測量誤差。因此，在多軸精密位移臺的超精密運行測量中，有必要對這些微小傾角進(jìn)行測量。

為了滿足這些測量需求，國內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，并設(shè)計了多種不同的測量系統(tǒng)。位移測量分辨力可達(dá)納米或亞納米量級的激光干涉儀因為同時具有高精度、大量程的優(yōu)點，被廣泛用于超精密位移臺的位移測量。但是，激光干涉儀存在多自由度測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大、測量精度易受環(huán)境影響等問題。這限制了其在多軸精密位移臺的超精密運動測量中的應(yīng)用。從20世紀(jì)50年代起得到迅速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用在眾多機(jī)電設(shè)備中的光柵位移測量系統(tǒng)，因其具有分辨力高、結(jié)構(gòu)簡單、測量結(jié)果不受環(huán)境影響等優(yōu)點，被眾多學(xué)者視為多軸超精密運動測量的解決方案并被廣泛研究。日本學(xué)者Kimura Akihide等人在發(fā)表的論文“A sub-nanometric three-axis surface encoder with short-period planar gratings for stage motion measurement.Precision Engineering 36,576-585(2012).”中率先提出了一種基于衍射光干涉原理的三維光柵位移測量系統(tǒng)，僅使用一個光學(xué)讀數(shù)頭和一個二維反射式平面光柵，就可以同時測量位移臺沿x方向、y方向和z方向三個自由度的直線位移，但是該系統(tǒng)在測量z方向的直線位移時會導(dǎo)致測量光與參考光的干涉區(qū)域變小，因此系統(tǒng)的z向直線位移量程受限于光束直徑的大小，無法實現(xiàn)z向大行程直線位移的測量。為了解決這一問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的林杰等人將光柵的自準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)引入測量系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在測量z方向的直線位移時測量光與參考光的干涉區(qū)域保持不變，進(jìn)而極大地擴(kuò)展了系統(tǒng)的z向直線位移量程，相關(guān)研究成果發(fā)表在論文“Grating encoder for wide range three-axis displacement measurement.Proceedings of SPIE 9446,944602(2015).”中。但是，上述的測量系統(tǒng)均無法測量光柵繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小轉(zhuǎn)角。而且，這些系統(tǒng)均需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的四通道棱鏡組探測結(jié)構(gòu)對干涉信號進(jìn)行探測，這更是極大地限制了這些系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展進(jìn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量的能力。為了實現(xiàn)三軸位移與微小轉(zhuǎn)角的同時測量，日本東北大學(xué)的Li Xinghui等人在發(fā)表的論文“A Six-degree-of-freedom Surface Encoder for Precision Positioning of a Planar Motion Stage.Precision Engineering 37,771-781(2013).”中提出了一種可測三軸傾角的六自由度光柵位移測量系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)仍然存在無法實現(xiàn)z方向大行程直線位移測量的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，相比已有技術(shù)該系統(tǒng)不僅能夠同時測量沿x軸、y軸和z軸方向三個自由度的大行程直線位移，而且能夠測量繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，包括單頻激光光源、電光調(diào)制器、分光部件、偏振分光棱鏡、測量臂四分之一波片、測量臂折光元件、參考臂四分之一波片、參考臂折光元件、二維反射式測量光柵、二維反射式參考光柵、非偏振分光鏡、光電探測及信號處理部件、檢偏器、位置探測及信號處理部件；

所述二維反射式測量光柵和二維反射式參考光柵表面形貌相同，二維反射式測量光柵的x方向周期和y方向周期均為d；二維反射式參考光柵的z方向周期和y方向周期均為d；所述測量臂折光元件x方向的折光角度和y方向的折光角度均為θ，參考臂折光元件z方向的折光角度和y方向的折光角度也均為θ，且滿足2dsinθ＝±λ，式中λ為單頻激光光源的波長；

所述單頻激光光源發(fā)射的是線偏振單頻激光，偏振方向與z軸呈45度，經(jīng)快軸方向與z軸平行的電光調(diào)制器調(diào)制后輸出外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿z軸的p波分量構(gòu)成，并且s波分量和p波分量之間存在一個隨電光調(diào)制器所加載的調(diào)制電壓變化而變化的相位差；

外差式激光經(jīng)過分光部件分成四束光強(qiáng)相等的平行光，其中兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoy平面平行、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoz平面平行，這四束平行光經(jīng)過偏振分光棱鏡后，每一束的s波分量被反射90度、形成測量光，每一束的p波分量被透射、形成參考光；

測量光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與測量光偏振方向呈45度的測量臂四分之一波片后均被測量臂折光元件偏折，偏折后的四束測量光中兩束光的傳播方向平行于yoz平面、另兩束光的傳播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于yoz平面的兩束測量光入射至二維反射式測量光柵并分別被衍射為y方向的+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，傳播方向平行于xoz平面的兩束測量光入射至二維反射式測量光柵并分別被衍射為x方向的+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，四束衍射測量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過測量臂折光元件和測量臂四分之一波片，此時四束衍射測量光的偏振方向沿x軸并被偏振分光棱鏡透射至非偏振分光鏡，非偏振分光鏡透射的四束衍射測量光入射至光電探測及信號處理部件表面，非偏振分光鏡反射的四束衍射測量光的偏振方向沿z軸，經(jīng)透光方向也沿z軸的檢偏器后，入射至位置探測及信號處理部件表面；

參考光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片后均被參考臂折光元件偏折，偏折后的四束參考光中兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoy平面、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于xoy平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵并分別被衍射為y方向的+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，傳播方向平行于xoz平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵并分別被衍射為x方向的+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，四束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過參考臂折光元件和參考臂四分之一波片，此時四束衍射參考光的偏振方向沿y軸并被偏振分光棱鏡反射至非偏振分光鏡，非偏振分光鏡透射的四束衍射參考光入射至光電探測及信號處理部件表面，非偏振分光鏡反射的四束衍射參考光的偏振方向沿y軸，因為檢偏器的透光方向與y軸垂直，所以這四束衍射參考光被檢偏器完全阻擋；

x方向的兩束衍射測量光和x方向的兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件表面形成兩組干涉，y方向的兩束衍射測量光和y方向的兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件表面形成另兩組干涉；當(dāng)其他元件不動、二維反射式測量光柵沿x軸、y軸和z軸運動時，光電探測及信號處理部件分別輸出x方向、y方向和z方向三個自由度的直線位移；

入射至位置探測及信號處理部件表面的只有四束衍射測量光，當(dāng)其他元件不動、二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)角時，位置探測及信號處理部件表面的四束衍射測量光的光斑位置會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，位置探測及信號處理部件將探測光斑位置的變化，并分別輸出二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小轉(zhuǎn)角。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述單頻激光光源是準(zhǔn)直的線偏振半導(dǎo)體激光器或出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述分光部件為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：第一，所述分光部件由二維透射光柵、反射鏡、遮光光闌組成，所述二維透射光柵z方向和y方向的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)反射鏡偏折并通過遮光光闌形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾；第二，所述分光部件由二維透射光柵、棱鏡、遮光光闌組成，所述二維透射光柵z方向和y方向的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)棱鏡偏折并通過遮光光闌形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾；第三，所述分光部件由二維透射光柵、十字形透射光柵、遮光光闌組成，所述二維透射光柵在z方向和y方向上的光柵周期相等，所述十字形透射光柵的表面結(jié)構(gòu)是由四個等周期一維光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字形結(jié)構(gòu)，十字形透射光柵的光柵周期與二維透射光柵的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)十字形透射光柵的z方向一維光柵結(jié)構(gòu)和y方向一維光柵結(jié)構(gòu)再次衍射后形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌過濾。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述測量臂折光元件為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：第一，所述測量臂折光元件包括阻擋光闌和折光反射鏡，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌和折光反射鏡后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌和折光反射鏡后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射；第二，所述測量臂折光元件包括阻擋光闌和折光棱鏡，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌和折光棱鏡后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌和折光棱鏡后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射；第三，所述測量臂折光元件由十字形四臺階透射光柵和阻擋光闌組成，所述十字形四臺階透射光柵的表面結(jié)構(gòu)是由四個等周期一維四臺階光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字結(jié)構(gòu)，十字形四臺階透射光柵的光柵周期是二維反射式測量光柵的光柵周期的2倍，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過十字形四臺階透射光柵后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌后入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過十字形四臺階透射光柵后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌后入射至二維反射式測量光柵發(fā)生衍射，其他級次的衍射光被阻擋光闌阻擋。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述參考臂折光元件為測量臂折光元件采用的三種結(jié)構(gòu)中的一種。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述位置探測及信號處理部件由4個四象限位置敏感探測器和測角信號處理電路構(gòu)成，4個四象限位置敏感探測器用于探測四束衍射測量光光斑位置的變化，測角信號處理電路用于計算并輸出二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生的微小轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

該系統(tǒng)使用了電光調(diào)制器產(chǎn)生外差式激光作為系統(tǒng)所用的測量光源，因此系統(tǒng)中的光電探測及信號處理部件所需探測的是外差式干涉信號，所以系統(tǒng)的光電探測及信號處理部件無需使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的四通道棱鏡組探測結(jié)構(gòu)，這極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)實現(xiàn)六自由測量奠定了基礎(chǔ)。同時，該系統(tǒng)使用了非偏振分光鏡、檢偏器和位置探測及信號處理部件，使四束衍射測量光入射至位置探測及信號處理部件，因此可以精確測量由于二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸的微小傾角所導(dǎo)致的四束衍射測量光光斑位置的變化，根據(jù)二維反射式測量光柵的傾角和四束衍射測量光光斑位置變化之間的幾何關(guān)系，可以實現(xiàn)對二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小傾角的同時精確測量。因此本發(fā)明的顯著有益效果是提出了一種新的能夠同時測量沿x軸、y軸和z軸方向三個自由度的大行程直線位移和繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小轉(zhuǎn)角的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，而且本發(fā)明還保留了z向位移量大的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明分光部件的第一種結(jié)構(gòu)的xoz方向剖面圖；

圖3為本發(fā)明分光部件的第二種結(jié)構(gòu)的xoz方向剖面圖；

圖4為本發(fā)明分光部件的第三種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明測量臂折光元件的第一種結(jié)構(gòu)的xoz方向剖面圖；

圖6為本發(fā)明測量臂折光元件的第二種結(jié)構(gòu)的xoz方向剖面圖；

圖7為本發(fā)明測量臂折光元件的第三種結(jié)構(gòu)的xoz方向剖面圖；

圖8為本發(fā)明所用十字形四臺階透射光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1—單頻激光光源；2—電光調(diào)制器；3—分光部件；31—二維透射光柵；321—反射鏡；322—棱鏡；323—十字形透射光柵；33—遮光光闌；4—偏振分光棱鏡；51—測量臂四分之一波片；52—參考臂四分之一波片；61—測量臂折光元件；611—阻擋光闌；612—折光反射鏡；613—折光棱鏡；614—十字形四臺階透射光柵；62—參考臂折光元件；71—二維反射式測量光柵；72—二維反射式參考光柵；81—非偏振分光鏡；82—檢偏器；91—光電探測及信號處理部件；92—位置探測器及信號處理部件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實施例一

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該測量系統(tǒng)包括單頻激光光源1、電光調(diào)制器2、分光部件3、偏振分光棱鏡4、測量臂四分之一波片51、測量臂折光元件61、參考臂四分之一波片52、參考臂折光元件62、二維反射式測量光柵71、二維反射式參考光柵72、非偏振分光鏡81、光電探測及信號處理部件91、檢偏器82、位置探測及信號處理部件92；

所述二維反射式測量光柵71和二維反射式參考光柵72表面形貌相同，二維反射式測量光柵71的x方向周期和y方向周期均為d；二維反射式參考光柵72的z方向周期和y方向周期均為d；所述測量臂折光元件61的x方向折光角度和y方向折光角度均為θ，參考臂折光元件62的z方向折光角度和y方向折光角度也均為θ，且滿足2dsinθ＝±λ，式中λ為單頻激光光源1的波長；

所述單頻激光光源1發(fā)射的是線偏振單頻激光，偏振方向與z軸呈45度，經(jīng)快軸方向與z軸平行的電光調(diào)制器2調(diào)制后輸出外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿z軸的p波分量構(gòu)成，并且s波分量和p波分量之間存在一個隨電光調(diào)制器2所加載的調(diào)制電壓變化而變化的相位差；

外差式激光經(jīng)過分光部件3分成四束光強(qiáng)相等的平行光，其中兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoy平面平行、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoz平面平行，這四束平行光經(jīng)過偏振分光棱鏡4后，每一束的s波分量被反射90度、形成測量光，每一束的p波分量被透射、形成參考光；

測量光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與測量光偏振方向呈45度的測量臂四分之一波片51后均被測量臂折光元件61偏折，偏折后的四束測量光中兩束光的傳播方向平行于yoz平面、另兩束光的傳播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于yoz平面的兩束測量光入射至二維反射式測量光柵71并分別被衍射為y方向的+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，傳播方向平行于xoz平面的兩束測量光入射至二維反射式測量光柵71并分別被衍射為x方向的+1級衍射測量光和-1級衍射測量光，四束衍射測量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過測量臂折光元件61和測量臂四分之一波片51，此時四束衍射測量光的偏振方向沿x軸并被偏振分光棱鏡4透射至非偏振分光鏡81，非偏振分光鏡81透射的四束衍射測量光入射至光電探測及信號處理部件表面91，非偏振分光鏡81反射的四束衍射測量光的偏振方向沿z軸，經(jīng)透光方向也沿z軸的檢偏器82后，入射至位置探測及信號處理部件表面92；

參考光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片52后均被參考臂折光元件62偏折，偏折后的四束參考光中兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoy平面、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于xoy平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵72并分別被衍射為y方向的+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，傳播方向平行于xoz平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵72并分別被衍射為x方向的+1級衍射參考光和-1級衍射參考光，四束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過參考臂折光元件62和參考臂四分之一波片52，此時四束衍射參考光的偏振方向沿y軸并被偏振分光棱鏡4反射至非偏振分光鏡81，非偏振分光鏡81透射的四束衍射參考光入射至光電探測及信號處理部件表面91，非偏振分光鏡81反射的四束衍射參考光的偏振方向沿y軸，因為檢偏器82的透光方向與y軸垂直，所以這四束衍射參考光被檢偏器82完全阻擋；

x方向的兩束衍射測量光和x方向的兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件91表面形成兩組干涉，y方向的兩束衍射測量光和y方向的兩束衍射參考光在光電探測及信號處理部件91表面形成另兩組干涉；當(dāng)其他元件不動、二維反射式測量光柵71沿x軸、y軸和z軸運動時，光電探測及信號處理部件91分別輸出x方向、y方向和z方向三個自由度的直線位移；

入射至位置探測及信號處理部件92表面的只有四束衍射測量光，當(dāng)其他元件不動、二維反射式測量光柵71繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)角時，位置探測及信號處理部件92表面的四束衍射測量光的光斑位置會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，位置探測及信號處理部件92將探測光斑位置的變化，并分別輸出二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸三個自由度的微小轉(zhuǎn)角。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述單頻激光光源1是準(zhǔn)直的線偏振半導(dǎo)體激光器。

上述的一種外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，所述位置探測及信號處理部件92由4個四象限位置敏感探測器和測角信號處理電路構(gòu)成，4個四象限位置敏感探測器用于探測四束衍射測量光光斑位置的變化，測角信號處理電路用于計算并輸出二維反射式測量光柵繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生的微小轉(zhuǎn)角。

實施例二

本實施例與實施例一不同在于，所述單頻激光光源1是出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。

實施例三

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，分光部件3的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該分光部件3由二維透射光柵31、反射鏡321、遮光光闌33組成，所述二維透射光柵31的z方向和y方向光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵31并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)反射鏡321偏折并通過遮光光闌33形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。

實施例四

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，分光部件3的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。該分光部件3由二維透射光柵31、棱鏡322、遮光光闌33組成，所述二維透射光柵31的z方向和y方向光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵31并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)棱鏡322偏折并通過遮光光闌33形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。

實施例五

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，分光部件3的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。該分光部件3由二維透射光柵31、十字形透射光柵323、遮光光闌33組成，所述二維透射光柵31在z方向和y方向上的光柵周期相等，所述十字形透射光柵323的表面結(jié)構(gòu)是由四個等周期一維光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字形結(jié)構(gòu)，十字形透射光柵323的光柵周期與二維透射光柵31的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵31并被衍射，z方向和y方向的±1級衍射光經(jīng)十字形透射光柵323的z方向一維光柵結(jié)構(gòu)和y方向一維光柵結(jié)構(gòu)再次衍射后形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級次的衍射光被遮光光闌33過濾。

實施例六

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，測量臂折光元件61的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。該測量臂折光元件61包括阻擋光闌611和折光反射鏡612，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌611和折光反射鏡612后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌611和折光反射鏡612后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射。

實施例七

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，測量臂折光元件61的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。該測量臂折光元件61包括阻擋光闌611和折光棱鏡613，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌611和折光棱鏡613后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過阻擋光闌611和折光棱鏡613后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射。

實施例八

本實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，與實施例一的整體結(jié)構(gòu)相同。其中，測量臂折光元件61的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。該測量臂折光元件61由十字形四臺階透射光柵614和阻擋光闌611組成，所述十字形四臺階透射光柵614的表面結(jié)構(gòu)是由四個等周期一維四臺階光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字結(jié)構(gòu)，十字形四臺階透射光柵614的光柵周期是二維反射式測量光柵71的光柵周期的2倍，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過十字形四臺階透射光柵614后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌611后入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測量光經(jīng)過十字形四臺階透射光柵614后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌611后入射至二維反射式測量光柵71發(fā)生衍射，其他級次的衍射光被阻擋光闌611阻擋。

以上實施例的外差式六自由度光柵運動測量系統(tǒng)，參考臂折光元件62為具體實施例六、具體實施例七、具體實施例八所述的測量臂折光元件61結(jié)構(gòu)中的一種。

對于以上相關(guān)實施例中所涉及的折光角度θ的具體數(shù)值，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)實際需要進(jìn)行合理選取，所以沒必要在此列舉。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化或方法改進(jìn)，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。