[发明专利]一种相位光栅位置测量系统及测量结构参数的方法

权利要求书

1.一种相位光栅位置测量系统，其特征在于，包括：

辐射光源(101)，用于产生空间相干的照明光束；

准直系统(102)和孔径光阑(103)，用于将所述照明光束转变为均匀且接近平行的小尺寸照明光束；

照明镜组(104)、分光镜(105)和收集镜组(106)，用于将所述小尺寸照明光束入射至光栅标记(107)；

收集镜组(106)，用于将所述光栅标记(107)产生的衍射光束转变为平行光束；

光学组件(108)，用于使所述平行光束发生干涉；

聚焦镜组(109)，用于使干涉的所述平行光束汇聚到探测器(110)。

2.一种基于权利要求1所述的相位光栅位置测量系统测量结构参数的方法，其特征在于，包括：

S1，利用相位光栅位置测量系统扫描光栅标记(107)，得到测量信号；

S2，从所述测量信号中分离出各衍射级次的测量信号，获取所述各衍射级次的相位信息和光强信息；

S3，根据所述相位信息计算得到所述光栅标记(107)的位置信息；

S4，根据所述光强信息计算得到所述光栅标记(107)的结构参数。

3.根据权利要求2所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S1包括：

照明光束入射至光栅标记(107)，发生衍射生成-m～+m的衍射级次；

利用光学组件(108)使所述-m～+m的衍射级次重叠发生干涉；

利用探测器(110)采集所述测量信号。

4.根据权利要求3所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述测量信号的光强信息表示为：

其中，|E_m|表示+m衍射级次和-m衍射场相等的振幅，M表示收集镜组(106)收集的最高衍射级次，d表示光栅周期，x表示扫描位置，为各衍射级次测量信号的相位。

5.根据权利要求2所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S2包括：

根据所述各衍射级次的频率，从所述测量信号中分离出各衍射级次的测量信号；

根据所述各衍射级次的测量信号提取所述各衍射级次的相位信息和光强信息。

6.根据权利要求4所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S3包括：

计算得到所述光栅标记(107)的位置信息x_m为：

其中，d表示光栅周期，m表示衍射级次，为各衍射级次测量信号的相位。

7.根据权利要求4所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S4中结构参数包括所述光栅标记(107)的占空比f和槽深h。

8.根据权利要求7所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S4包括：

计算各衍射级次的相对信号强度R_m：

其中，f表示占空比，h表示槽深，m表示衍射级次，λ表示入射波长。

9.根据权利要求8所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S4包括：

通过非零衍射级次的相对信号强度R_m，计算得到所述占空比f。

10.根据权利要求9所述的测量结构参数的方法，其特征在于，所述S4包括：

通过零级的相对信号强度R₀，结合所述占空比f，计算得到所述槽深h。