专利名称：一种二维光栅测长单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种测量装置，具体地说，是一种二维光栅测长单元，该测长单元可实现任意平面内两个正交方向的宽范围、纳米级位移定位。
为实现上述实用新型目的，一种二维光栅测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X-Y平面固连在一起的正交衍射光栅和位于同一光路上的反射镜、激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器。
上述反射镜的中心位于正交衍射光栅的x和y向±1级衍射光线与箱体内壁的交点处，激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器位于箱体底面中心的法线上，并且箱体的底面法线和正交衍射光栅所在平面垂直时本实用新型的技术效果更佳。
本实用新型采用正交衍射光栅作为二维位移测量传感器，使测量系统具有阿贝尔误差极小，分辨率极高的特点。正交衍射光栅与被测二维平面固连在一起，随被测二维平面一起移动，通过检测单元内光学系统、光电接收器件与其后的计数细分电路来准确测量相互正交的X、Y两个方向的位移。总之，该测长单元可广泛用于半导体与超精密加工的光刻技术、微制造、微机电系统、表面形貌测量及纳米级坐标测量等方面，其工作范围大、测量精度高。
本实用新型包括位置检测装置和信号处理电路二部分，其中，信号处理电路包括光栅信号放大处理电路、计数与A/D细分电路和计算机，与现有技术基本相同。位置检测装置的结构示意图如

图1所示，包括正交衍射光栅1、反射镜2、激光器3、直角棱镜4、光学干涉放大系统5和光电接收器6。
正交衍射光栅1与待测的X-Y平面固连在一起，使正交衍射光栅1能准确记录被测平面内的X、Y向二维绝对位移。正交衍射光栅1、反射镜2、激光器3、直角棱镜4、光学干涉放大系统5和光电接收器6一起组成位置检测装置，形成与位移有关的光栅信号，经放大处理电路、计数与A/D细分电路后，与计算机相连。4个反射镜2_1，2_2，2_3，2_4的中心分别布置在正交衍射光栅1的x和y向±1级衍射光线与本单元箱体7内壁的交点处。激光器3，直角棱镜4，光学干涉放大系统5，光电接收器6布置在通过箱体7底面中心的法线上，相对次序如图所示。应用时，需保证箱体的底面法线和正交衍射光栅1所在平面垂直。按照这种方式布置时较为适宜。
正交衍射光栅测量原理图如图2所示由激光器3发出的光束通过准直透镜L进入正交衍射光栅1，形成+1(x)、-1(x)、+1(y)、-1(y)四束1级衍射光，x和y向的±1级衍射光线分别通过反射镜2_1、2_3和2_2、2_4的反射，射向直角棱镜4，经直角棱镜4反射后，进入光学干涉放大系统5发生干涉，干涉光线进入光电接收器6，产生反映x、y方向位移的信号。
权利要求1.一种二维光栅测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X-Y平面固连在一起的正交衍射光栅(1)和位于同一光路上的反射镜(2)、激光器(3)、直角棱镜(4)、光学干涉放大系统(5)和光电接收器(6)。
2.根据权利要求1所述的测长单元，其特征在于所述反射镜(2_1，2_2，2_3，2_4)的中心位于正交衍射光栅(1)的x和y向±1级衍射光线与箱体(7)内壁的交点处，激光器(3)、直角棱镜(4)、光学干涉放大系统(5)和光电接收器(6)位于箱体(7)底面中心的法线上，并且箱体(7)的底面法线和正交衍射光栅(1)所在平面垂直。
专利摘要一种二维光栅测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X－Y平面固连在一起的正交衍射光栅和位于同一光路上的反射镜、激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器。本实用新型采用正交衍射光栅作为二维位移测量传感器，使测量系统具有阿贝尔误差极小，分辨率极高的特点。正交衍射光栅与被测二维平面固连在一起，随被测二维平面一起移动，通过检测单元内光学系统、光电接收器件与其后的计数细分电路来准确测量相互正交的X、Y两个方向的位移。总之，该测长单元可广泛用于半导体与超精密加工的光刻技术、微制造、微机电系统、表面形貌测量及纳米级坐标测量等方面，其工作范围大、测量精度高。
文档编号G01B11/00GK2599526SQ0229038
公开日2004年1月14日 申请日期2002年12月13日 优先权日2002年12月13日
发明者郭军, 王选择, 谢铁邦, 军 郭 申请人:华中科技大学