[发明专利]一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器

说明书

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器，包括光源、半透半反镜、一维光栅、台阶反射镜和四象限探测器，所述半透半反镜设置在光源的光路方向上，所述一维光栅设置在半透半反镜的光路方向上，所述台阶反射镜设置在一维光栅的光路方向上，所述四象限探测器设置在半透半反镜的反射光路上。本发明利用纳米光栅自成像效应，通过检测半透半反镜输出光强的变化情况，实现光学信号的A、B相光学信号输出，进而减小电学细分的难度，实现高灵敏度的位移测量。并且本发明无需偏振片、半波片等附件光学元件，显著简化了测量结构、降低了器件成本，利于实现结构微型化与集成化应用。

技术领域

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器。

背景技术

微弱位移测量技术是影响精密机械、半导体器件等加工精度的关键技术之一。随着近年来对于MEMS高精密加工等工业需求的不断增加，研发具有高分辨率、微小体积的位移测量器件日益成为一项迫切任务。基于纳米光栅的位移传感器件具有不受电磁干扰、精度高和分辨率高等优点，因此获得了广泛应用。目前，纳米光栅多维位移传感器件主要基于不同级衍射光束之间的干涉效应。为了实现不同衍射方向光束的重叠进而实现干涉，这种方法通常需要偏振片、玻片等多种光学元件，因此存在着以下问题：1、结构复杂，不易微型化与集成化应用；2、成本较高，不利于小成本批量化生产。

发明内容

针对上述现有光栅式多维位移传感器结构复杂、难以微型化的技术问题，本发明提供了一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器，基于纳米光栅自成像原理，通过检测光栅结构反射的光强，可以实现高灵敏位移检测.通过采用一维光栅及台阶反射镜结构，可以同时实现二维方向上的位移检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器，包括光源、半透半反镜、一维光栅、台阶反射镜和四象限探测器，所述半透半反镜设置在光源的光路方向上，所述一维光栅设置在半透半反镜的光路方向上，所述台阶反射镜设置在一维光栅的光路方向上，所述四象限探测器设置在半透半反镜的反射光路上。

所述台阶反射镜包括第一反射镜区域、第二反射镜区域、第三反射镜区域、第四反射镜区域和底座，所述第一反射镜区域、第二反射镜区域、第三反射镜区域、第四反射镜区域分别固定连接在底座上。

所述四象限探测器电性连接有电学细分模块，所述电学细分模块的电学细分倍数M＝8000。

所述第一反射镜区域与第二反射镜区域并列设置在底座上，所述第三反射镜区域与第四反射镜区域并列设置在底座上。

所述第一反射镜区域、第二反射镜区域、第三反射镜区域、第四反射镜区域的高度依次降低。

所述光源采用激光器，所述激光器的波长λ＝635nm，所述激光器的功率为1.2mW。

所述一维光栅的光栅占空比为0.5，所述一维光栅的光栅刻划深度h＝0.53μm，所述一维光栅的光栅材料为Si，所述一维光栅的光栅厚度为536nm。

所述台阶反射镜设置在一维光栅的自成像区域上。

一种基于光栅反射与四台阶反射镜的位移传感器，包括下列步骤：

S1、半透半反镜初始放置在光源的光路方向上，光源发出的激光透过半透半反镜照射在一维光栅；

S2、在一维光栅后形成自成像区域，将台阶反射镜放置在该区域使之发生反射；

S3、将四象限探测器直接放置在半透半反镜反射光路上，探测反射后的光强；

S4、当台阶反射镜在水平方向或者离面方向发生位移时，四象限探测器探测面探测光强发生变化，输出两两相差90°的四路正弦信号；