一种光栅衍射光偏转棱镜的制作方法

本发明涉及光栅尺测量领域，尤其涉及一种光栅衍射光偏转棱镜。

背景技术：

光栅尺是精密测量、精密加工中的重要测量工具，光栅作为光栅尺的关键部件，在测量中起参考刻度的作用。干涉式光栅尺在测量中只能提供增量位移信息，因此需要借助参考点进行绝对位置修正。参考点的检测精度是光栅尺精度的决定因素之一。

在现有的技术方案中，参考点的检测一般借助特别设计的参考点掩膜和参考点编码，对于图示结构中的检测头装置，光线依次垂直穿过所述参考点掩膜的透光区域照射到所述参考点编码区，然后被所述参考点编码区的反射区域反射，之后所述反射光线再次从所述掩膜透光区域穿过，之后逆着入射光线照射到直角棱镜斜边上部分射出，照射到所述光电二极管上产生光电信号。考虑到遮光性能要求和制造成本，掩膜版一般使用菲林片或不锈钢片，这两种材质都具有一定的反射率。因而光线第一次穿过掩膜版时，若掩膜平面和入射光线垂直，部分光线会被原路反射回来，直接照射到光电探测器上，形成一个光电信号的直流分量，并引入额外的噪声，这部分干扰需要在之后的信号处理中通过模拟电路或数值算法滤除。这增加了额外的成本，降低了系统的精度和可靠性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种光栅衍射光偏转棱镜，以从根本上消除因该反射光产生的光电信号直流分量，降低了光电信号的噪声，使后续信号处理流程简化、精度提高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光栅衍射光偏转棱镜，包括等腰梯形棱镜、分束镜、光源和光栅，所述光栅、所述等腰梯形棱镜和所述分束镜沿衍射光的出光方向依次布置，所述光源设置在所述分束镜的外侧，所述光源发出的光线垂直入射所述分束镜的侧面，部分光束被所述分束镜反射并经所述等腰梯形棱镜垂直射向所述光栅，光线垂直照射到所述光栅上，产生0级衍射光和±1级衍射光，其中0级衍射光垂直于光栅表面经过所述等腰梯形棱镜和所述分束镜射出，±1级衍射光从光栅表面斜射入所述等腰梯形棱镜并经过所述等腰梯形棱镜的斜面内反射，最终经过所述等腰梯形棱镜和所述分束镜射出，且平行于所述0级衍射光。

所述的光源为激光器。

所述分束镜为45°分束立方体。

所述光栅为反射式光栅，光栅的平面与YZ平面平行，栅线沿Z方向，所述光栅、所述等腰梯形棱镜以及所述分束镜沿X轴布置，所述等腰梯形棱镜以X轴为对称轴。

所述偏转棱镜由等腰梯形棱镜和分束立方体通过光学粘接胶连接。

所述光学粘接胶为紫外光固化胶。

所述等腰梯形棱镜的上底远离所述分束镜，所述等腰梯形棱镜的下底靠近所述分束镜，光栅周期记为k，激光波长记为λ，所述分束镜的侧面与所述等腰梯形棱镜的侧面的夹角的补角为α，所用的光学玻璃的折射率为n，参数λ、k、n、α满足函数关系：α＝0.5*arcsin(λ/kn)。

所述等腰梯形棱镜的下底远离所述分束镜，所述等腰梯形棱镜的上底靠近所述分束镜，光栅周期记为k，激光波长记为λ，所述等腰梯形棱镜的下底底角为α，所用的光学玻璃的折射率为n，参数λ、k、n、α满足函数关系：sinα＝n*sin(α-λ/kn)。

本发明的有益效果有：

与现有技术相比，本发明提出的偏光棱镜，可以将现有方案中用于光栅0级衍射光、±1级衍射光偏转至平行出射状态的棱镜组集成为一个单一棱镜，大幅降低了光路的复杂程度和调试难度，缩减了光路的体积和，提高了光路的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的光栅衍射光偏转棱镜。

图2是本发明另一种实施例的光栅衍射光偏转棱镜。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

参阅图1和图2，在一些实施例中，一种光栅1衍射光偏转棱镜，包括等腰梯形棱镜2、分束镜4、光源5和光栅1，所述光栅1、所述等腰梯形棱镜2和所述分束镜4沿衍射光的出光方向依次布置，所述光源5设置在所述分束镜4的外侧，所述光源5发出的光线垂直入射所述分束镜4的侧面，部分光束被所述分束镜4反射并经所述等腰梯形棱镜2垂直射向所述光栅1，光线垂直照射到所述光栅1上，产生0级衍射光6和±1级衍射光7，其中0级衍射光6垂直于光栅1表面经过所述等腰梯形棱镜2和所述分束镜4射出，±1级衍射光7从光栅1表面斜射入所述等腰梯形棱镜2并经过所述等腰梯形棱镜2的斜面内反射，最终经过所述等腰梯形棱镜2和所述分束镜4射出，且平行于所述0级衍射光。

如图1所示，在本发明一种优选的实施例中，所述等腰梯形棱镜2的上底远离所述分束镜4，所述等腰梯形棱镜2的下底靠近所述分束镜4，光栅1周期记为k，激光波长记为λ，所述分束镜4的侧面与所述等腰梯形棱镜2的侧面的夹角的补角(即等腰梯形棱镜2的下底底角的余角)为α，所用的光学玻璃的折射率为n，参数λ、k、n、α满足函数关系：α＝0.5*arcsin(λ/kn)。

较佳地，所述的光源5为激光器。

较佳地，所述分束镜4为45°分束立方体。

较佳地，所述光栅1为反射式光栅，光栅1的平面与YZ平面平行，栅线沿Z方向，所述光栅1、所述等腰梯形棱镜2以及所述分束镜4沿X轴布置，所述等腰梯形棱镜2以X轴为对称轴。

较佳地，所述偏转棱镜由等腰梯形棱镜2和分束立方体通过光学粘接胶3连接。

较佳地，所述光学粘接胶3为紫外光固化胶。

如图1所示，在本发明另一种优选的实施例中，所述等腰梯形棱镜2的下底远离所述分束镜4，所述等腰梯形棱镜2的上底靠近所述分束镜4，光栅1周期记为k，激光波长记为λ，所述等腰梯形棱镜2的下底底角为α，所用的光学玻璃的折射率为n，参数λ、k、n、α满足函数关系：sinα＝n*sin(α-λ/kn)。

较佳地，所述的光源5为激光器。

较佳地，所述分束镜4为45°分束立方体。

较佳地，所述光栅1为反射式光栅，光栅1的平面与YZ平面平行，栅线沿Z方向，所述光栅1、所述等腰梯形棱镜2以及所述分束镜4沿X轴布置，所述等腰梯形棱镜2以X轴为对称轴。

较佳地，所述偏转棱镜由等腰梯形棱镜2和分束立方体通过光学粘接胶3连接。

较佳地，所述光学粘接胶3为紫外光固化胶。

与现有技术相比，本发明提出的偏光棱镜，可以将现有方案中用于光栅10级衍射光、±1级衍射光偏转至平行出射状态的棱镜组集成为一个单一棱镜，大幅降低了光路的复杂程度和调试难度，缩减了光路的体积和，提高了光路的可靠性。

在另一些实施例中，本发明还提供了光栅衍射光偏转棱镜的制作方法。

制作实例

以下为本发明的一个具体制作实例：

1.可选择15mm-15mm-15mm的分束立方体，其工作带宽与光源激光频率匹配，保证分束立方体四个侧面的平行度和垂直度的精度。

2.可根据光栅周期和激光波长，计算等腰梯形棱镜的斜面倾角α。

3.以胶合面为基准面，加工斜面对称的等腰梯形棱镜，梯形底边与分束立方体相同为15mm，保证梯形斜面倾角α的加工精度。

4.如图1-2所示对分束镜和等腰梯形棱镜进行胶合，使用紫外光固化胶的胶合工艺，保证分束镜和等腰梯形棱镜的对称轴重合、侧面平行。

本发明上述实施例的光栅衍射光偏转棱镜可以应用于精密测量、精密加工中的各种测量工具和测量设备中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。