光光栅的栅线方向与标尺光 栅的栅线方向成45°、标尺光栅周期为扫描分光光栅周期的1/^/5、标尺光栅具有后向零级 衍射光的设置，可同时为X向、Y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、Y向和Z向=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 W实现纳米精度测量。
[0017] 2.扫描分光光栅为组合光栅，其结构特征为；包括位于扫描分光光栅中间区域的 二维正交光栅W及位于二维正交光栅两侧的一维光栅A和一维光栅B，二维正交光栅、一维 光栅A和一维光栅B的栅线共面，一维光栅A和一维光栅B的栅线方向相互垂直，且分别平 行于二维正交光栅的两个栅线方向，二维正交光栅、一维光栅A和一维光栅B的光栅周期相 等；该样的结构特征使得中间区域的二维正交光栅仅用于分光，一维光栅A和一维光栅B分 别实现X向与Y向移相合光，提高能量利用效率，并减少杂散光。
[0018] 3. Z向测量采用双频激光的光学拍频原理，对标尺光栅后向零级衍射强度要求降 低，降低了对激光器的功率要求，同时也增强了信号的抗干扰能力，可实现Z向高精度测 量。
[0019] 4.由于X向和Y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。
[0020] 5.通过将标尺光栅和扫描分光光栅平行放置，W及标尺光栅周期为扫描分光光栅 周期的1/為的设置，可使得读数头相对于标尺光栅在Z向运动时，不影响X向和Y向测量干 设区域的范围，故而够提供较大的Z向测量范围。
[0021] 6.在检测位移量时，X向、Y向和Z向的测量信号之间不存在禪合关系，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] 7. X向、Y向测量与Z向测量信号可W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=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为本发明的一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置的结构示意 图。
[0024] 图2为本发明应用的扫描分光光栅的结构示意图。
[0025] 图3为本发明扫描分光光栅与标尺光栅放置方式示意图。
[0026] 图4a为本发明应用的一维矩形光栅的结构示意图。
[0027] 图4b为本发明应用的二维矩形光栅的结构示意图。
[002引图5为本发明的一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置实施例的光 路传输方向示意图。
[0029] 图中件号说明；1-双频激光光源，2-Z向干设部件，3-扫描分光光栅部件，4-标尺 光栅，5-X向探测部件，6-Y向探测部件，7-Z向探测部件，8-信号处理部件，11-双频激光器， 12-分光棱镜，13-偏振片A，21-偏振分光棱镜，22-1/4波片A，23-反射部件，24-1/4波片 B，25-偏振片B，31-扫描分光光栅，32-光阔，311- -维光栅A，312-二维正交光栅，313- - 维光栅B。
【具体实施方式】
[0030] 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。
[0031] 一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置，包括标尺光栅4和读数头， 读数头包括双频激光光源1、Z向干设部件2、扫描分光光栅部件3、X向探测部件5、Y向探 测部件6、Z向探测部件7、信号处理部件8 ;双频激光光源1包括双频激光器11、分光棱镜 12、偏振片A13 ;Z向干设部件2包括偏振分光棱镜21、1/4波片A22、反射部件23、1/4波片 B24、偏振片B25 ;扫描分光光栅部件3包括扫描分光光栅31、光阔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为组合光栅，包括位于 扫描分光光栅31中间区域的二维正交光栅312 W及位于二维正交光栅312两侧的一维光 栅A311和一维光栅B313,二维正交光栅312、一维光栅A311和一维光栅B313的栅线共面， 一维光栅A311和一维光栅B313的栅线方向相互垂直，且分别平行于二维正交光栅312的 两个栅线方向，二维正交光栅312、一维光栅A311和一维光栅B313的光栅周期相等；扫描 分光光栅31在放置时，其栅线方向与标尺光栅4的栅线方向成45° ;标尺光栅4为二维正 交光栅，具有后向零级衍射光，其周期为扫描分光光栅周期的1/7^; X方向是与扫描分光光 栅31的栅线所在平面平行，且垂直于一维光栅A311栅线的方向；Y方向是与扫描分光光栅 31的栅线所在平面平行，且垂直于一维光栅B313栅线的方向；Z方向是与扫描分光光栅31 的栅线所在平面垂直的方向；双频激光器11出射的双频正交偏振光入射到分光棱镜12,其 反射光透过偏振片A13后入射到Z向探测部件7,形成的拍频信号作为Z向测量的一路参考 信号，其透射光入射到偏振分光棱镜21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21、偏振片B25入射到Z向 探测部件7 ;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中间区域的二维 正交光栅312,经二维正交光栅312衍射后衍射光束入射到标尺光栅4并发生反向衍射，得 到九束测量光束与其他杂散光束；九束测量光束中，其中四束在扫描分光光栅31的一维光 栅A311上两两相交并衍射入射到X向探测部件5形成四组干设信号，通过信号处理单元8 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，另外四束在扫描 分光光栅31的一维光栅B313上两两相交并衍射入射到Y向探测部件6形成另外四组干设 信号，通过信号处理单元8解算后得到读数头相对于标尺光栅4在Y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依次透过扫描分光光栅31中间区域的二维正 交光栅312、1/4波片B24,并由偏振分光棱镜21反射后透过偏振片B25入射到Z向探测部 件7 ;入射到Z向探测部件7的参考光和测量光相遇形成的拍频信号作为Z向测量的一路 测量信号，Z向测量的参考信号和测量信号通过信号处理单元8解算后得到读数头相对于 标尺光栅4在Z向发生的位移。
[0032] 本发明的一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置，在扫描分光光栅部 件3中增设了光阔32,并且光阔32位于扫描分光光栅31与X向探测部件5之间，光阔32 同时位于扫描分光光栅31与Y向探测部件6之间。
[0033] 本发明的一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置，在双频激光器11 出射的透过扫描分光光栅31的测量光的波长A = 632. 8nm时，扫描分光光栅31采用矩形 光栅，一组优选参数为二维正交光栅312两个栅线方向的光栅周期di=d2= 10 ym、光栅台 阶高度h = 159nm、两个栅线方向的光栅台阶宽度ai= 32= 5. 67 y m，一维光栅A311和一维 光栅B313的光栅周期d = 10 ym、光栅台阶高度h = 488皿、光栅台阶宽度a = 3. 567 ym， 标尺光栅4采用二维矩形光栅，其一组优选参数为两个栅线方向的光栅周期di= d 2 = 7. 07 ym、光栅台阶高度h = 159皿、两个栅线方向光栅台阶宽度ai= 32= 4.01 ym。
[0034] 本发明的一种使用双频激光和衍射光栅的=维位移测量装置在具体实施时，如附 图5所示，双频激光器11出射的包含波长A 1和A 2双频正交偏振光OP入射到分光棱镜12 后，其反射光透过偏振片A13后入射到Z向探测部件7,形成的拍频信号作为Z向测量的一 路参考信号，其透射光OP1入射到偏振分光棱镜21上，偏振分光棱镜21设置为使得透射光 OP1入射到偏振分光棱镜21后分为振动方向平行于Y-Z平面（P波）且波长为A 1的测量 光束OP2-2和振动方向垂直于Y-Z平面（S波）且波长为^2的参考光束0?2-1。
[0035] 测量光OP2-2透过1/4波片B24入射到扫描分光光栅31上，在扫描分光光栅31中 间区域的二维正交光栅312处衍射分光，产生（0,0)级0P3-0、（+1，0)级OP3-1、（-1,0)级 OP3-3、（0，-1)级OP3-4四束测量光束和其他杂散光束；四束测量光束0P3-0、0P3-l、0P3-3 和0P3-4入射到标尺光栅4后发生反向衍射，得到九束测量光束[0,0, +1，0]级0P3-01与 [+1，0,0，+1]级 0P3-12、[0,0,0，+1]级 0P3-02 与[-1，0，+1，0]级 0P3-31、[0,0，-1，0]级 0P3-03 与[0, -1,0, +1]级 0P3-42、[0,0,0, -1]级 0P3-04 与[0, -1，+1，0]级 0P3-41、[0， 0,0,0]级0P3-00和其他杂散光束；该九束测量光束入射到扫描分光光栅31上，其中[0， 0, +1，0]级 0P3-01 与[+1，0,0, +1]级 OP3-12、[0,0,0, +1]级 0P3-02 与[-1,0, +1，0]级 OP3-31在一维光栅A311上分别两两相遇并再次衍射，形成的四组干设信号被X向探测部件 5 接收，[0,0，-1，0]级 0P3-03 与[0，-1，0，+1]级 0P3-42、[0,0,0，-l]级