干涉仪原理和多衍射光栅干涉原理提出的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，具有以下创新性和突出效果:
[0018]1.通过将标尺光栅和扫描分光光栅平行放置，以及二者在X方向的等效光栅周期相等、标尺光栅具有后向零级衍射光的设置，可同时为X向和Z向提供测量信号，进而同时测量读数头相对于标尺光栅在X向和Z向两个方向的位移，并实现了光学2细分，搭配合适的电学细分卡，可以实现纳米精度测量。
[0019]2.由于X方向的位移测量利用了扫描分光光栅和标尺光栅自身的分光特性实现相干叠加与光学移相，因此不需要额外的移相合光器件，既减小了结构尺寸，又避免了移相合光器件带来的误差；ζ向测量信号的探测可以应用较为成熟的二通道或四通道探测器，体积较小，且可以保证测量精度。
[0020]3.通过将标尺光栅和扫描分光光栅平行放置，以及二者在X方向的等效光栅周期相等的设置，可使得读数头相对于标尺光栅在Z向运动时，不影响X向测量干涉区域的范围，故而够提供较大的Z向测量范围。
[0021]4.在检测位移量时，X向与Z向的测量信号之间不存在耦合关系，简化了后续的信号处理方式，减少了信号处理引入的误差。
[0022]5.Χ向与Z向测量信号可以通过光纤导出，能进一步减小读数头的体积，特别是设计光栅的周期为微米量级时，该二维位移测量装置同时具有结构紧凑、体积小、质量轻的优点，方便应用。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置的结构示意图。
[0024]图2a为本发明Z向探测部件所采用的一种二通道探测器的结构示意图。
[0025]图2b为本发明Z向探测部件所采用的一种四通道探测器的结构示意图。
[0026]图3a为本发明扫描分光光栅与标尺光栅栅线方向平行和垂直的放置方式不意图。
[0027]图3b为本发明扫描分光光栅与标尺光栅栅线方向成45°的放置方式不意图。
[0028]图4a为本发明应用的一维矩形光栅的结构示意图。
[0029]图4b为本发明应用的二维矩形光栅的结构示意图。
[0030]图5为本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置实施例的光路传输方向示意图。
[0031]图中件号说明:1-光源，2-分光部件，3-扫描分光光栅部件，4-标尺光栅，5-X向探测部件，6-Z向探测部件，7-信号处理部件，11-单频激光器，12-偏振片A，21-偏振分光棱镜A，22-1/4波片A，23-反射部件，24-1/4波片B，31-扫描分光光栅，32-光阑，611-分光棱镜A，612-1/4波片C，613-偏振片B，614-偏振片C，615-光电探测部件A，621-1/4波片D，622-分光棱镜B，623-偏振分光棱镜B，624-1/2波片，625-偏振分光棱镜C，626-光电探测部件B。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细介绍。
[0033]一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，包括标尺光栅4和读数头，读数头包括光源1、分光部件2、扫描分光光栅部件3、X向探测部件5、Z向探测部件6、信号处理部件7 ；光源I包括单频激光器11、偏振片A12 ;分光部件2包括偏振分光棱镜A21、l/4波片A22、反射部件23、1/4波片B24 ;扫描分光光栅部件3包括扫描分光光栅31、光阑32 ;扫描分光光栅31的栅线所在平面和标尺光栅4的栅线所在平面平行；扫描分光光栅31为一维光栅，标尺光栅4具有后向零级衍射光，且扫描分光光栅31和标尺光栅4在X方向上的等效光栅周期相等；X方向是与扫描分光光栅31的栅线所在平面平行，且垂直于扫描分光光栅31栅线的方向2方向是与扫描分光光栅31的栅线所在平面垂直的方向；等效光栅周期是指光栅在某一方向上的周期；单频激光器11出射的激光透过偏振片A12入射到偏振分光棱镜A21后分为参考光和测量光；参考光透过1/4波片A22，并由反射部件23反射后，依次透过1/4波片A22、偏振分光棱镜A21入射到Z向探测部件6 ;测量光透过1/4波片B24后沿Z方向入射到扫描分光光栅31，经扫描分光光栅31衍射后衍射光束入射到标尺光栅4并发生反向衍射，反向衍射光透过扫描分光光栅31衍射分光，得到九束测量光束与其他杂散光束；九束测量光束中，其中八束两两传播方向相同，入射到X向探测部件5形成四组干涉信号，通过信号处理单元7解算后得到读数头相对于标尺光栅4在X向发生的位移；九束测量光束中的另一沿入射方向返回的测量光束透过1/4波片B24，并由偏振分光棱镜A21反射入射到Z向探测部件6 ;入射到Z向探测部件6的参考光和测量光相遇形成干涉信号，通过信号处理单元7解算后得到读数头相对于标尺光栅4在Z向发生的位移。
[0034]本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，扫描分光光栅31为一维矩形光栅时，其标尺光栅4包括以下结构安排方式:①标尺光栅4为一维矩形光栅，且其栅线方向与扫描分光光栅31的栅线方向平行；②标尺光栅4为二维矩形光栅，且其两个栅线方向分别与扫描分光光栅31的栅线方向平行和垂直；③标尺光栅4为二维矩形光栅，且其两个栅线方向分别与扫描分光光栅31的栅线方向成45°。
[0035]本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，其Z向探测部件6为二通道探测器或四通道探测器。
[0036]本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，在扫描分光光栅部件3中增设了光阑32，并且光阑32位于扫描分光光栅31与X向探测部件5之间。
[0037]本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置，在单频激光器11出射激光的波长λ = 632.8nm时，①扫描分光光栅31米用一维矩形光栅的一组优选参数为光栅周期d = 10 μπκ光栅台阶高度h = 488nm、光栅台阶宽度a = 3.567 μπι ;②标尺光栅4的参数包括:(a)当标尺光栅4采用一维矩形光栅，且其栅线方向与扫描分光光栅31的栅线方向平行时，其一组优选参数为光栅周期d = 10 μπκ光栅台阶高度h = 488nm、光栅台阶宽度a =3.567 μ m ； (b)当标尺光栅4米用二维矩形光栅，且其两个栅线方向分别与扫描分光光栅31的栅线方向平行和垂直时，其一组优选参数为两个栅线方向的光栅周期Cl1= d2= 10 μπκ光栅台阶高度h = 159nm、两个栅线方向的光栅台阶宽度B1= a2= 5.67 μπι ； (c)当标尺光栅4采用二维矩形光栅，且其两个栅线方向分别与扫描分光光栅31的栅线方向成45°时，其一组优选参数为两个栅线方向的光栅周期Cl1= d2= 7.1 ym、光栅台阶高度h = 159nm、两个栅线方向光栅台阶宽度S1= a 2= 4.01 μπι。
[0038]以标尺光栅4和扫描分光光栅31均为一维矩形光栅为例，本发明的一种基于衍射光栅的二维位移测量装置在具体实施时，如附图5所示，偏振分光棱镜Α21设置为使得光源I出射的光束OPl入射到偏振分光棱镜Α21后分为振动方向相互垂直的参考光束ΟΡ2-1和测量光束ΟΡ2-2。
[0039]测量光ΟΡ2-2透过1/4波片Β24入射到扫描分光光栅31后发生衍射产生-1级0P3-U0级ΟΡ3-2、+1级ΟΡ3-3三束测量光束；该三束测量光束入射到标尺光栅4后发生反向衍射，得到五束测量光束[-1，+1]级 0Ρ3-13、[0，-1]级 0Ρ3-21、[0，0]级 ΟΡ3-22、[0，+1]级ΟΡ3-23、[+1,-1]级ΟΡ3-31和其他杂散光束；该五束测量光束入射到扫描分光光栅31后再一次发生衍射，其衍射光的杂散光束被设置在扫描分光光栅31与X向探测部件5之间的光阑32遮挡，未被遮挡的测量光束有[-1，+1，-1]级ΟΡ3-131、[0，-1,0]级ΟΡ3-212、[-1，+1,0]级 ΟΡ3-132、[0，-1，+1]级 ΟΡ3-213、[+1,-1,0]级 OP3-312、[0，+1，-1]级 OP3-231、[+1，-1，+1]级 OP3-313、[0，+1,0]级 OP3-232 和[0,0,0]级 OP3-222 共九束。
[0040]九束测量光束中的[-1，+1，-1]级OP3-131 与[0，-1,0]级 OP3-212、[-1，+1,0]级 OP3-132 与[0，-1，+1]级 OP3-213、[+1，-1,0]级 OP3-312 与[0，+1，-1]级 OP3-231、[+1，-1，+1]级OP3-313与[0，+1,0]级OP3-232两两传播方向相同，入射到X向探测部件5形成四组干涉信号，而且该四组干涉信号的变化只和读数头相对于标尺光栅4在X向发生的位移有关，该四组干涉信号被X向探测