準共光程外差幹涉位移測量系統的製作方法
2023-08-07 20:28:11
專利名稱：準共光程外差幹涉位移測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位移測量系統，特別是涉及應用外差幹涉術用以測量位移，並且為準共光程架構的一種外差幹涉位移測量系統。
背景技術：
對於應用光柵的光學位移測量系統而言，其是利用高同調性的光源入射繞射光柵(diffraction grating)後產生至少兩束繞射光，將此兩束繞射光經由光學組件而互相干涉，而此幹涉信號具有周期性的變化趨勢，當光柵移動時，此幹涉信號亦發生變化，相關技術如美國專利公告號第3891321號專利，由於當時的光柵製造技術，僅可測量一維的位移量。
隨著技術的演進，使得多維度的測量漸漸被發展，如美國專利公告號第5204524號專利、第5493397號專利、第36631005號專利與第6744520號專利，皆是利用測量繞射光強度為主，並為零差(homodyne)的測量裝置。
我們知道外差幹涉術(heterodyne interferometry)是將兩個些微頻差的光波分別引入兩個幹涉路徑中，使得幹涉儀輸出的光強度產生周期性變化，振蕩頻率等於兩光波的頻率差，而待測幹涉相位是載在此具有特定頻率的信號上，將測量信號與參考信號混頻，經解調(demodulate)後，可得出幹涉相位，由于振蕩頻率高又為已知值，所以能避開低頻噪聲幹擾，並且相位靈敏度與解析度都很高，是一種非常重要的微弱信號測量技術。
因為外差幹涉術的測量特色，所以此技術又稱雙頻幹涉術(twofrequency interferometry)或交流幹涉術(AC interferometry)，可用作位移、表面輪廓、動態參數等測量。
然而傳統外差幹涉術其外在環境的兩個光束容易被影響，而彼此之間產生相位差，此相位差無法消除，如此會增加測量的不確定性。
另外，利用單一偏振光的位移測量系統必須將光強度轉換為相位來解析，於信號處理的部份搭配著電子細分割手法，並且需抑制周圍環境光來進行測量，雖測量精度可達次納米等級，但是如此在測量架構上變得較繁複且增加測量的不便與不準確性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種準共光程外差幹涉位移測量系統，解決現有技術相位差無法消除，測量具有不便與不準確性的技術問題。
為達到上述目的，本發明提供了一種準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，包含一外差光源，分為一參考光與一信號光；一光柵，使該信號光入射該光柵而產生一繞射光；一偏極分光鏡，使該繞射光分為一第一繞射光與一第二繞射光；一個以上偏振板，使該參考光穿過該些偏振板而產生一參考幹涉光，且該第一繞射光穿過該些偏振板而產生一第一幹涉光，而該第二繞射光穿過該些偏振板而產生一第二幹涉光；及一信號處理裝置，接受該參考幹涉光、該第一幹涉光與該第二幹涉光，當該光柵移動時，該信號處理裝置量得該參考幹涉光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的位移量。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，還包含一分光鏡，置於該外差光源前，使該外差光源產生的光經由該分光鏡而分為該信號光與該參考光。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該繞射光包含一正一階繞射光，入射該偏極分光鏡一側；及一負一階繞射光，入射該偏極分光鏡另一側，以使該正一階繞射光與負一階繞射光入射該偏極分光鏡相互垂直的兩側並相互重合後，而再分為該第一繞射光與該第二繞射光。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該信號處理裝置還包含一參考光傳感器、一第一傳感器與一第二傳感器，該參考光傳感器接受該參考光而傳輸信號至該信號處理裝置，且該第一傳感器接受該第一幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第二傳感器接該第二幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，以使該信號處理裝置以量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的位移量。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該光柵為反射式光柵。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，還包含一反射組件，使該些繞射光轉向而入射該偏極分光鏡。
為了更好的實現本發明的目的，本發明又提供了一種準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，包含一外差光源，分為一參考光與一信號光；一二維光柵，使該信號光入射該二維光柵而沿二維方向產生一個以上的繞射光；一個以上偏極分光鏡，使該繞射光分為一第一繞射光、一第二繞射光、一第三繞射光與一第四繞射光；一個以上偏振板，使第一繞射光、一第二繞射光、一第三繞射光與一第四繞射光各穿過該些偏振板而產生一第一幹涉光、一第二幹涉光、一第三幹涉光與一第四幹涉光；及一信號處理裝置，接受該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光、該第三幹涉光與該第四幹涉光，當該光柵移動時，該信號處理裝置量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光、該第三幹涉光與該第四幹涉光的相位差而可得該光柵的二維位移量。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，還包含一分光鏡，置於該外差光源前，使該外差光源產生的光經由該分光鏡而分為該信號光與該參考光。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該些偏極分光鏡包含一第一偏極分光鏡；以及一第二偏極分光鏡；該些繞射光包含一第一正一階繞射光，入射該第一偏極分光鏡一側；一第一負一階繞射光，入射該第一偏極分光鏡另一側，以使該第一正一階繞射光與該第一負一階繞射光以相互垂直的角度而入射該第一偏極分光鏡的兩側，並相互重合後，而再分為該第一繞射光與該第二繞射光；一第二正一階繞射光，入射該第二偏極分光鏡一側；以及一第二負一階繞射光，入射該第二偏極分光鏡另一側，以使該第二正一階繞射光與該第二負一階繞射光以相互垂直的角度而入射該第二偏極分光鏡的兩側，並相互重合後，而再分為該第三繞射光與該第四繞射光。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該信號處理裝置還包含一參考光傳感器、一第一傳感器、一第二傳感器、一第三傳感器與一第四傳感器，該參考光傳感器接受該參考光而傳輸信號至該信號處理裝置，且該第一傳感器接受該第一幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第二傳感器接該第二幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，且該第三傳感器接受該第三幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第四傳感器接該第四幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，以使該信號處理裝置以量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的一個維度的位移量，且該信號處理裝置利用以量得的該參考光再量得該第三幹涉光與該第四幹涉光的相位差而可得該光柵的另一個維度的位移量。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，該二維光柵為反射式二維光柵。
上述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特點在於，還包含一反射組件，使該些繞射光轉向而入射該偏極分光鏡。
本發明的技術效果在於本發明提供的準共光程外差幹涉位移測量系統，利用外差幹涉相位測量的高靈敏度，且經特殊設計使得光學架構可達到不受外在環境擾動的高穩定性。直接測量因位移所造成的相位變化量的方式，可以使測量精度達到次納米等級。所以，是利用準共光程(quasi common path)外差光學架構的本發明，可以降低外界環境擾動的影響，且提高位移測量靈敏度。若搭配越細線距的光柵，可測量至皮米(pico-meter)等級的微小位移量。
下面結合附圖進一步詳細說明本發明的具體實施例。
圖1是本發明的系統架構圖；圖2是本發明的另一實施例系統架構圖；圖3是本發明的位移與相位差關係的數值仿真圖；圖4是本發明的相位誤差量與相對位移誤差量的數值仿真圖；
圖5是本發明的相位與位移量的實際測量數據圖；圖6與圖7是本發明的實際測量數據示意圖。
其中，附圖標記說明如下100外差光源110參考光130信號光150繞射光151正一階繞射光152負一階繞射光153第一正一階繞射光154第一負一階繞射光155第二正一階繞射光156第二負一階繞射光160第一繞射光161第二繞射光163第三繞射光165第四繞射光170參考幹涉光171第一幹涉光173第二幹涉光175第三幹涉光177第四幹涉光300分光鏡310第一偏振板311第二偏振板313第三偏振板315第四偏振板317參考光偏振板330、330a、330b、330c、330d、330e反射組件350偏極分光鏡
370第一偏極分光鏡390第二偏極分光鏡410光柵430二維光柵450移動平臺700信號處理裝置710參考光傳感器730第一傳感器750第二傳感器770第三傳感器790第四傳感器具體實施方式
請參閱圖1，所示為本發明的系統架構圖，本發明為一種準共光程外差幹涉位移測量系統，利用一外差光源100為測量光源，此外差光源(heterodyne light source)100可輸出包含兩個不同頻率的光波，而且此兩個光波為相互正交的線偏振光，所以此兩光波並不會產生幹涉，當此外差光源100入射一分光鏡(beam splitter)300後，便分為參考光110與信號光130，此參考光110直接入射方位角為45度的參考光偏振板(polarizer)317，使得外差光源100中的兩正交線偏振光互相干涉而產生參考幹涉光170，並經由信號處理裝置700的參考光傳感器710所接收，所以此參考幹涉光170的數學形式可表示為IDR=12[1+COS(t)].]]>另外信號光130直接入射裝設有光柵410的移動平臺450中，使信號光130入射光柵410後，便產生若干繞射光150，若此光柵410為一維光柵410時，便會沿一維方向繞射出許多的光，我們稱為繞射光150，除了中間零階的繞射光以外，沿此零階的繞射光兩邊所產生的繞射光我們稱為正一階繞射光151，另一側的繞射光150稱為負一階繞射光152，依序再產生正二階繞射光150與負二階繞射光150，依此類推，而本實施例取用正一階繞射光151與負一階繞射光152，此正一階繞射光151與負一階繞射光152在經由反射組件330、330a的轉向而共同入射一偏極分光鏡350，使不同偏振態的光被偏極分光鏡350所分開，並且我們將此正交的偏振態稱為P偏振與S偏振，偏極分光鏡300可使P偏振的光通過，而S偏振的光系被反射。先前提到外差光源100由兩個正交的線偏振光所組成，所以此正一階繞射光151與負一階繞射光152亦包含此兩正交的線偏振光，即P偏振與S偏振，當正一階繞射光151與負一階繞射光152由偏極分光鏡350相互垂直的兩側入射時，便會使正一階繞射光151的P偏振通過，而負一階繞射光152的S偏振被反射而相互重合於一起而成為第一繞射光160，此第一繞射光160經過45度角的第一偏振板310而產生第一幹涉光171，而由信號處理裝置700的第一傳感器730所接收，此時的第一幹涉光171的數學表示為ID1=18[rP(+1)2+rS(-1)2+2rP(+1)rS(-1)cos(t+2+d1-d2)],]]>其中φd1與φd2為正一階繞射光151與負一階繞射光152所走的路徑差(path difference)而產生的相位差，而φ為光柵410移動Δx時所產生的相位差。其中，=m2xd,]]>式中m代表繞射階數，d代表光柵410的線距寬度。
另外，正一階繞射光151的S偏振被偏極分光鏡350所反射，而負一階繞射光152的P偏振直接穿過偏極分光鏡350而相互重合於一起而成為第二繞射光161，此第二繞射光161經過45度角的第二偏振板311而產生第二幹涉光173，而由信號處理裝置700的第二傳感器750所接收，此時的第二幹涉光173的數學表示為ID2=18[rP(-1)2+rS(+1)2+2rP(-1)rS(+1)cos(t-2+d1-d2)].]]>因此，當信號處理裝置700通過參考光傳感器710、第一傳感器730與第二傳感器750而接收參考幹涉光170、第一幹涉光171與第二幹涉光173可量得光柵410移動Δx時所產生的相位差4φ，再利用已知的條件，如繞射階數m與光柵410的線距寬度d即可求出光柵410的位移Δx，並且根據上式，我們可知雖然正一階繞射光151與負一階繞射光152並不為相同光程相同路徑，但是最後幹涉信號的相位差並不受此影響，所以，其正一階繞射光151與負一階繞射光152雖未同路徑傳遞，但是並不會影響，所以正一階繞射光151與負一階繞射光152可謂準共光程，因此，本發明的光學架構便可承受較高的環境變異的容忍度。
本實施例選用正一階繞射光151與負一階繞射光152，但是可根據不同的測量範圍大小而選擇不同階的繞射光150，如二階或三階等。
上述的反射組件330、330a可為反射鏡、直角稜鏡等組件，以使正一階繞射光151與負一階繞射光152轉向而朝向偏極分光鏡350入射。
並且光柵410為反射式光柵(reflection grating)或是亦有人稱閃耀光柵(blazed grating)，此光柵410可用金屬薄膜或介電質薄膜所製成，將此薄膜鍍於玻璃基板或矽基板，以形成具有周期性的線距，而目前半導體製程技術其最小寬度約90納米，所以當光柵410的線距寬度越小時，其測量度精度越高。
請參閱圖2，所示為本發明的另一實施例系統架構圖，沿用上一實施例的光學架構，此光柵410為二維光柵(two-dimension grating)或稱為交叉光柵(cross grating)，二維光柵430可使入射光入射後產生二維繞射光150，所以當外差光源100產生的光入射分光鏡300後，成為信號光130與參考光110，此參考光110系直接入射方位角為45度的偏振板310，使得外差光源100中的兩正交線偏振光互相干涉而產生參考幹涉光170，並經由信號處理裝置700的參考光傳感器710所接收。
另外信號光130直接入射裝設有二維光柵430的移動平臺450中，使信號光130入射光柵410後，便沿著二維方向，即X-Y方向產生多個繞射光150，其中中間的繞射光為零階繞射光，沿此零階的繞射光沿X方向兩邊所產生的繞射光我們稱為X方向的第一正一階繞射光153，另一側的繞射光稱為X方向的第一負一階繞射光154，而另一維度(即Y軸)的繞射光150係為Y方向的第二正一階繞射光155，另一側的繞射光150為Y方向的第二負一階繞射光156，當然其它方向亦會有其它更高階的繞射光150，但因本實施取用X方向與Y方向的正一階繞射光與負一階繞射光，所以以此為討論，為說明簡潔，對於X方向的第一正一階繞射光153、X方向的第一負一階繞射光154、Y方向的第二正一階繞射光155與Y方向的第二負一階繞射光156，直接稱為第一正一階繞射光153、第一負一階繞射光154、第二正一階繞射光155與第二負一階繞射光156。
而第一正一階繞射光153與第一負一階繞射光154在經由反射組件330b、330c的轉向而共同入射一第一偏極分光鏡370，使不同偏振態的光被偏極分光鏡350所分開，因外差光源100由兩個正交的線偏振光所組成，所以此第一正一階繞射光153與第一負一階繞射光154亦包含此兩正交的線偏振光，即P偏振與S偏振，當第一正一階繞射光153與第一負一階繞射光154由第一偏極分光鏡370相互垂直的兩側入射時，便會使正一階繞射光151的P偏振通過，而負一階繞射光152的S偏振被反射而重合於一起而成為第一繞射光160，此第一繞射光160經過45度角的第一偏振板310而產生X方向的第一幹涉光171，而由信號處理裝置700的第一傳感器730所接收。
另外，第一正一階繞射光153的S偏振被第一偏極分光鏡370所反射，而第一負一階繞射光154的P偏振直接穿過偏極分光鏡350而相互重合於一起而成為第二繞射光161，此第二繞射光161經過45度角的第二偏振板311而產生X方向的第二幹涉光173，而由信號處理裝置700的第二傳感器750所接收。
對於第二正一階繞射光155與第二負一階繞射光156亦經由反射組件330d、330e而共同入射第二偏極分光鏡390，並且為第二偏極分光鏡390相互垂直的兩側入射，如此便使第二正一階繞射光155的P偏振通過，而第二負一階繞射光156的S偏振被反射而重合於一起而成為第三繞射光163，此第三繞射光163經過45度角的第三偏振板313而產生Y方向的第三幹涉光175，而由信號處理裝置700之第三傳感器770所接收。
而對於第二正一階繞射光155的S偏振被第二偏極分光鏡390所反射，而第二負一階繞射光156的P偏振直接穿過第二偏極分光鏡390而相互重合於一起而成為第四繞射光165，此第四繞射光165經過45度角的第四偏振板315而產生Y方向的第四幹涉光177，而由信號處理裝置700之第四傳感器790所接收。
因此，當信號處理裝置700透過參考光傳感器710、第一傳感器730、第二傳感器750、第三傳感器770與第四傳感器790而接收參考幹涉光170、X方向的第一幹涉光171、X方向的第二幹涉光173、Y方向的第三幹涉光175與Y方向的第四幹涉光177可量得二維光柵430二維移動時所產生的相位差，便可經由此相位差而得出二維光柵430的二維移動。
其中二維光柵430為反射式二維光柵或是亦有人稱閃耀二維光柵，此光柵410可用金屬薄膜或介電質薄膜所製成，將此薄膜鍍於玻璃基板或矽基板，以形成具有周期性的線距，而目前半導體製程技術其最小寬度約90納米，所以當光柵410的線距寬度越小時，其測量度精度越高。
同樣地，本實施例選用二維的X方向第一正一階繞射光153、X方向第一負一階繞射光154、Y方向第一正一階繞射光155與Y方向第一負一階繞射光156，但是可根據不同的測量範圍大小而選擇二維的不同階的繞射光，如二階或三階等。
而上述的反射組件330b、330c可為反射鏡或直角稜鏡等組件，以使第一正一階繞射光153與第一負一階繞射光154轉向而朝向第一偏極分光鏡370相互垂直的兩側入射。另外反射組件330d、330e亦使第二正一階繞射光155與第二負一階繞射光156轉向而朝向第二偏極分光鏡390相互垂直的兩側入射。
因為本實施例沿用上一實施例光學架構，因為上一實施例針對一維的測量而設計，而本實施例表示出此光學架構尚可擴展為二維的測量，所以其基本原理與優點不再贅述。
以下就以一維測量光學架構而列出其測量數據，以資證明本發明的效能與可行性。
請參閱圖3，所示為本發明的位移與相位差關係的數值仿真圖，我們再回想先前所提到的相位差公式=m2xd,]]>其中影響相位差的變量為繞射階數m、光柵410的線距寬度d與光柵410移動Δx，若於使用相同的繞射階數m與相同的光柵410移動Δx條件下，光柵410的線距寬度d可直接影響測量相位差的靈敏度，若光柵410的線距寬度d越小的話，代表對位移越靈敏，所以由圖3中可看到，若光柵410的線距寬度d為13000納米(nm)時，其測量靈敏度約為0.222°/nm，而光柵410的線距寬度d為1000納米時，其測量靈敏度約為2.88°/nm，若光柵410的線距寬度d為600納米時，其測量靈敏度約為4.8°/nm。反之，若以可解析的最小相位量為0.01°為評比標準時，光柵410的線距寬度d為13000納米時，可量得的最小位移量為4.5×10-2納米，光柵410的線距寬度d為600納米時，可量得的最小位移量為2.1×10-3納米。因此，光柵410的線距寬度d影響測量精度甚巨，若欲量得較高精度的測量值時，便採用小線距寬度的光柵410。
請參閱圖4，所示為本發明的相位誤差量與相對位移誤差量的數值仿真圖，當光學系統產生相位測量誤差時，如偏振混合誤差、二次諧波誤差或相位計算誤差等，對位移的測量亦有一定程度的影響，由圖4中可看出，當相位誤差量由0°變化至0.1°時，光柵410的線距寬度為600納米時其位移誤差量為0.021納米，而光柵410的線距寬度為1000納米時其位移誤差量為0.035，而納米光柵410的線距寬度為13000納米時其位移誤差量為0.451納米，所以在光柵410的線距寬度為1000納米以下且相位誤差在0.1°時，可確保系統的最小測量誤差，即可測量系統具有次納米等級的位移解析度。
請參閱圖5，所示為本發明的相位與位移量的數值仿真圖，此圖表示在未使用相位延展技術(phase unwrapping)下可量得的最大測量距離，由圖5中可見得光柵410的線距寬度為13000納米時，可量得的最大位移量為3250納米，而光柵410的線距寬度為1000納米與600納米時，可量得的最大位移量分別為250納米與150納米，由此可知，本系統的一個測量周期約四分之一光柵410的線距寬度。
請參閱圖6與圖7，所示為本發明的實際測量數據圖，此測量值使用光柵410的線距寬度為40000納米的光柵410，而圖6測量位移量結果，系統測量的初始值由111.98納米開始測量，最終的測量值為587.678納米，所以實際量得的位移值為475.698納米，為確保實驗的準確性，我們利用業界使用已久的位移測量儀器惠普(HP)公司所生產的HP5528A幹涉儀，以下簡稱為HP5528A，我們亦利用HP5528A來同步測量，所量得之值為495納米，測量結果接近，另外在圖中5個圓圈處的最小位移量值依坐標軸相位量的增加方向分別為0.4納米、3納米、4納米、10納米及4納米，相較於HP5528A僅能測出大於10納米的變化量，所以我們的測量精度比HP5528A再高一個等級(order)。
而圖7表示利用光柵410的線距寬度為40000納米，且測量位移為18000納米的圖標，共分三次測量，因為18000納米已超過一個位移周期，因每一個位移周期所對應的相位為360度，所以當相位超過360度時，便會重新由0度開始，因此曲線有段差，而此圖擷取部分的測量結果，因測量三次，所以會有三個數據，其最後的測量結果如下表
因此，本發明的準共光程外差幹涉位移測量系統經由數值仿真與實際實驗結果可得知其測量精度與可容許誤差皆與光柵410的線距寬度有關，若能採用較小的線距寬度則可提高測量精度，而且本發明的光學架構亦具有較高的環境變動容忍性，因此測量誤差小；並且本發明測量相位，所以位移對相位產生非連續變化，但配合相位延展技術，則可以測量大位移距離的移動。
所以本發明的準共光程外差幹涉位移測量系統具有次納米至皮米級的測量靈敏度，微米至納米級的測量範圍，並且可快速測量，光學架構簡單與容易模塊化的設計，此外，又不易受外在環境擾動的影響。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；凡是依本發明所作的等效變化與修改，都被本發明的專利範圍所涵蓋。
權利要求
1.一種準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，包含一外差光源，分為一參考光與一信號光；一光柵，使該信號光入射該光柵而產生一繞射光；一偏極分光鏡，使該繞射光分為一第一繞射光與一第二繞射光；一個以上偏振板，使該參考光穿過該些偏振板而產生一參考幹涉光，且該第一繞射光穿過該些偏振板而產生一第一幹涉光，而該第二繞射光穿過該些偏振板而產生一第二幹涉光；及一信號處理裝置，接受該參考幹涉光、該第一幹涉光與該第二幹涉光，當該光柵移動時，該信號處理裝置量得該參考幹涉光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的位移量。
2.根據權利要求1所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，還包含一分光鏡，置於該外差光源前，使該外差光源產生的光經由該分光鏡而分為該信號光與該參考光。
3.根據權利要求1所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該繞射光包含一正一階繞射光，入射該偏極分光鏡一側；及一負一階繞射光，入射該偏極分光鏡另一側，以使該正一階繞射光與負一階繞射光入射該偏極分光鏡相互垂直的兩側並相互重合後，而再分為該第一繞射光與該第二繞射光。
4.根據權利要求1所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該信號處理裝置還包含一參考光傳感器、一第一傳感器與一第二傳感器，該參考光傳感器接受該參考光而傳輸信號至該信號處理裝置，且該第一傳感器接受該第一幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第二傳感器接該第二幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，以使該信號處理裝置以量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的位移量。
5.根據權利要求1所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該光柵為反射式光柵。
6.根據權利要求1所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，還包含一反射組件，使該些繞射光轉向而入射該偏極分光鏡。
7.一種準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，包含一外差光源，分為一參考光與一信號光；一二維光柵，使該信號光入射該二維光柵而沿二維方向產生一個以上的繞射光；一個以上偏極分光鏡，使該繞射光分為一第一繞射光、一第二繞射光、一第三繞射光與一第四繞射光；一個以上偏振板，使第一繞射光、一第二繞射光、一第三繞射光與一第四繞射光各穿過該些偏振板而產生一第一幹涉光、一第二幹涉光、一第三幹涉光與一第四幹涉光；及一信號處理裝置，接受該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光、該第三幹涉光與該第四幹涉光，當該光柵移動時，該信號處理裝置量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光、該第三幹涉光與該第四幹涉光的相位差而可得該光柵的二維位移量。
8.根據權利要求7所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，還包含一分光鏡，置於該外差光源前，使該外差光源產生的光經由該分光鏡而分為該信號光與該參考光。
9.根據權利要求7所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該些偏極分光鏡包含一第一偏極分光鏡；以及一第二偏極分光鏡；該些繞射光包含一第一正一階繞射光，入射該第一偏極分光鏡一側；一第一負一階繞射光，入射該第一偏極分光鏡另一側，以使該第一正一階繞射光與該第一負一階繞射光以相互垂直的角度而入射該第一偏極分光鏡的兩側，並相互重合後，而再分為該第一繞射光與該第二繞射光；一第二正一階繞射光，入射該第二偏極分光鏡一側；以及一第二負一階繞射光，入射該第二偏極分光鏡另一側，以使該第二正一階繞射光與該第二負一階繞射光以相互垂直的角度而入射該第二偏極分光鏡的兩側，並相互重合後，而再分為該第三繞射光與該第四繞射光。
10.根據權利要求7所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該信號處理裝置還包含一參考光傳感器、一第一傳感器、一第二傳感器、一第三傳感器與一第四傳感器，該參考光傳感器接受該參考光而傳輸信號至該信號處理裝置，且該第一傳感器接受該第一幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第二傳感器接該第二幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，且該第三傳感器接受該第三幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，而該第四傳感器接該第四幹涉光並傳輸信號至該信號處理裝置，以使該信號處理裝置以量得該參考光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的一個維度的位移量，且該信號處理裝置利用以量得的該參考光再量得該第三幹涉光與該第四幹涉光的相位差而可得該光柵的另一個維度的位移量。
11.根據權利要求7所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，該二維光柵為反射式二維光柵。
12.根據權利要求7所述的準共光程外差幹涉位移測量系統，其特徵在於，還包含一反射組件，使該些繞射光轉向而入射該偏極分光鏡。
全文摘要
本發明公開了一種準共光程外差幹涉位移測量系統，包含一外差光源，分為一參考光與一信號光；一光柵，使該信號光入射該光柵而產生一繞射光；一偏極分光鏡，使該繞射光分為一第一繞射光與一第二繞射光；一個以上偏振板，使該參考光穿過該些偏振板而產生一參考幹涉光，且該第一繞射光穿過該些偏振板而產生一第一幹涉光，而該第二繞射光穿過該些偏振板而產生一第二幹涉光；一信號處理裝置，量得該參考幹涉光、該第一幹涉光與該第二幹涉光的相位差而可得該光柵的位移量。本發明具有外差幹涉相位測量的高靈敏度，且具有光學架構不受外在環境擾動的高穩定性，以直接測量因位移所造成的相位變化量以達到高測量精度。
文檔編號G01B11/02GK1991297SQ20051013298
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者許正治, 吳乾埼, 陳朝榮, 王振宇, 溫博浚, 翁漢甫 申請人:財團法人工業技術研究院