[发明专利]一种测量位移的外差干涉测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种测量位移的外差干涉测量系统，其特征在于，包含工件台反射镜组和激光外差干涉仪(18，38)；

所述的工件台反射镜组包含安装在工件台(13，33)侧面上的与光轴平行的第一平面反射镜(14，34)，以及与光轴成一定角度的第二平面反射镜(15，35)；

所述的激光外差干涉仪(18，38)包含偏振分光棱镜(21，41)，角锥棱镜(19，39)，与光轴成一定角度的参考平面反射镜(23，43)以及两个四分之一波片(20，40)(22，42)；

所述的角锥棱镜(19，39)、偏振分光棱镜(21，41)、一个四分之一波片(22，42)和参考平面反射镜(23，43)，在竖直方向上依次排列；

所述的偏振分光棱镜(21，41)和另一个四分之一波片(20，40)，在水平方向上依次排列。

2.如权利要求1所述的测量位移的外差干涉测量系统，其特征在于，所述的测量位移的外差干涉测量系统还包含激光器(16，36)和光电转换元件(17，37)。

3.如权利要求2所述的测量位移的外差干涉测量系统，其特征在于，所述的参考平面反射镜(23)与光轴方向的夹角为θ，45°＜θ＜90°，所述的第二平面反射镜(15)与光轴的夹角为2θ-90°。

4.如权利要求2所述的测量位移的外差干涉测量系统，其特征在于，所述的参考平面反射镜(43)与光轴方向的夹角为θ，0°＜θ＜45°，所述的第二平面反射镜(35)与光轴的夹角为90°-2θ。

5.一种测量位移的外差干涉测量方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、激光器(16，36)发射出一束激光：激光束包含两种频率，两种频率的激光均为线偏振光，偏振方向相互垂直；

步骤2、激光束经过偏振分光棱镜后(21，41)分为参考光束(25，45)与测量光束(26，46)；

步骤3、参考光束(25，45)依次经过四分之一波片(20，40)的四次透射，角锥棱镜(19，39)的一次反射，第一平面反射镜(14，34)的两次反射后返回到偏振分光棱镜(21，41)；测量光束(26，46)依次经过四分之一波片(22，42)的四次透射，参考平面反射镜(23，43)的两次反射，第二平面反射镜(15，35)的两次反射，角锥棱镜(19，39)的一次反射后返回到偏振分光棱镜(21，41)；

步骤4、返回到偏振分光棱镜(21，41)的参考光束(25，45)与测量光束(26，46)分别经过反射与透射进入到光电转换元件(17，37)内进行信号处理，得到参考光束(25，45)与测量光束(26，46)之间的光程差OPD，从而得到工件台(13，33)的z向位移Z。

6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述的参考平面反射镜(23)与光轴方向的夹角为θ，45°＜θ＜90°，所述的第二平面反射镜(15)与光轴的夹角为2θ-90°，此时，

当工件台(13)在光轴z方向有位移Z时，参考光束(25)的光程不发生改变，而测量光束(26)的光程发生的变化为OPD：

OPD＝4·D＝4·Z·sin(2θ-90°)

即可获得工件台(13)在z方向上的位移Z：

当工件台(13)在x方向上有位移X时，参考光束(25)与测量光束(26)的光程均发生改变。其中，参考光束(25)的光程变化量为4·X，测量光束(26)的光程变化量为4·D：

D＝X·cos(2θ-90°)+Z·sin(2θ-90°)

测量光束(26)与参考光束(25)之间的光程差OPD为：

OPD＝4·X·cos(2θ-90°)-X+Z·sin(2θ-90°)

可得到工件台(13)的z向位移为：

7.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述的参考平面反射镜(43)与光轴方向的夹角为θ，0°＜θ＜45°，所述的第二平面反射镜(35)与光轴的夹角为90°-2θ，此时，

当工件台(33)在光轴z方向有位移Z时，参考光束(45)的光程不发生改变，而测量光束(46)的光程发生的变化为OPD：

OPD＝4·D＝4·Z·sin(90°-2θ)

即可获得工件台(33)在z方向上的位移Z：

当工件台(33)在x方向上有位移X时，参考光束(45)与测量光束(46)的光程均发生改变。其中，参考光束(45)的光程变化量为4·X，测量光束(46)的光程变化量为4·D：

D＝X·cos(90°-2θ)+Z·sin(90°-2θ)

测量光束(46)与参考光束(45)之间的光程差OPD为：

OPD＝4·X·cos(90°-2θ)-X+Z·sin(90°-2θ)

可得到工件台(33)的z向位移为：