CN102865817B

CN102865817B - 位移传感器构造

Info

Publication number: CN102865817B
Application number: CN201210315341.9A
Authority: CN
Inventors: J·D·托拜厄森
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: JP2013003146A; JP6161240B2; EP2535686B1; EP2535686A3; EP2535686A2; US20120312972A1; US8604413B2; CN102865817A

Abstract

本发明提供了一种位移传感器构造，该位移传感器构造包括设置在第一方向上的标尺光栅；以及标尺光成像构造，包括第一和第二光路以及包含第一和第二检测器部分的检测器。成像部分沿第一光路输入由标尺光栅输出的第一标尺光分量，并向第一检测器部分传输第一标尺光分量，成像部分沿第二光路输入由标尺光栅输出的第二标尺光分量，并向第二检测器部分传输第二标尺光分量，第一检测器部分配置为输出指示沿第一方向的位移的第一位移信号，第二检测器部分配置为输出指示沿与第一方向垂直的第二方向的位移的第二位移信号。

Description

位移传感器构造

技术领域

本发明涉及一种位移传感器构造，更具体地，涉及一种光学地检测标尺光成像构造(scalelightimagingconfiguration)相对于标尺光栅(scalegrating)的位移的位移传感器构造。

背景技术

已经公开了一种编码器，其光学地检测标尺光成像构造相对于一维标尺光栅的二维位移(参见美国专利第7,601,947号)。然而，该编码器结构非常复杂。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有较简单结构的位移传感器构造，其能够检测标尺光成像构造相对于一维标尺光栅的二维位移。

根据本发明的一个方面，提供一种位移传感器构造，该位移传感器构造包括：

标尺光栅，包括设置在第一方向上的光栅条，每个光栅条在基本上垂直于第一方向的第二方向上延伸，且标尺光栅限定对应于衍射级角组的衍射面组，该衍射级角组与垂直入射到标尺光栅上的平面波相对应；以及

标尺光成像构造，包括：

照明部分，配置为向标尺光栅提供照射光，且平面波和照射光具有相同的波长；

成像构造，包括第一光路和第二光路；以及

检测器，包括第一检测器部分和第二检测器部分，其中：

位移传感器构造配置为从标尺光栅输出第一标尺光分量到成像构造，并且配置为沿着第一光路输出第一标尺光分量到第一检测器部分，

位移传感器构造配置为从标尺光栅输出第二标尺光分量到成像构造，并且配置为沿着第二光路输出第二标尺光分量到第二检测器部分，而且在标尺光栅附近，第二光路相对于与标尺光栅垂直的方向以一角度倾斜，该角度定义在包括垂直于标尺光栅的方向和第一方向的平面中，

第一检测器部分配置为接收沿着第一光路传输的第一标尺光分量并输出第一位移信号，该第一位移信号至少包括第一信号分量，该第一信号分量指示标尺光成像构造相对于标尺光栅沿着第一方向的位移，并且

第二检测器部分配置为接收沿着第二光路传输的第二标尺光分量并输出第二位移信号，该第二位移信号包括第一信号分量和第二信号分量，该第二信号分量指示标尺光成像构造相对于标尺光栅沿着第三方向的位移，第三方向垂直于第一方向和第二方向。

附图说明

下面基于以下附图详细描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是用于解释根据本发明第一实施例的位移传感器的示意透视图；

图2是用于解释根据本发明第一实施例的位移传感器的示意纵视图；

图3是用于解释根据本发明第一实施例的位移传感器检测器部分的示意图；

图4是用于解释根据本发明第二实施例的位移传感器的示意透视图；以及

图5是用于解释根据本发明第三实施例的位移传感器的示意纵视图。

具体实施方式

(第一实施例)

参见图1和2，根据第一实施例的位移传感器100包括标尺光栅110和标尺光成像构造120。

标尺光栅110包括沿着X方向设置且周期为P_SG的光栅条(gratingbar)118，在一些实施例中P_SG为1μm。每个光栅条118沿着与X方向垂直的Y方向延伸。标尺光栅限定分别对应于一组衍射级角(diffractiveorderangle)θ1、θ2和θ3的一组衍射面(diffractionplane)111、112和113，该组衍射级角与垂直入射到标尺光栅110上的平面波相对应。在该实施例中，θ1＝0度，并且θ2＝-θ3。衍射面111垂直于X方向，并且衍射面112和113相对于衍射面111对称。在该实施例中，标尺光栅110为透射式标尺光栅，然而也可以用反射式标尺光栅。

标尺光成像构造120包括照明部分160、成像构造190和检测器200。照明部分160向标尺光栅110提供照射光束133。照明部分160包括光源130、透镜140、光栅150A和光栅150B。在一些实施例中光源130产生包括0.650μm波长的光束131。透镜140将光束131转换为入射到光栅150A的准直光束132。

光栅150A具有周期为Psplit的光栅条并且光栅150B具有周期为Pcomb的光栅条。在一些实施例中，周期Psplit为0.976μm并且周期Pcomb为0.500μm。在可选实施例中，周期Psplit为1.026微米。应当注意的是，这些值是示例性的而非作为限制。光栅150A和光栅150B产生照射光束133，其包括来自于准直光束132的照射光分量A和照射光分量B。照射光分量A相对于衍射面113以偏移角DAA而布置。照射光分量B相对于衍射面112以偏移角DAB而设置。此外，在一些实施例中，光栅150A和光栅150B产生照射光分量A’和照射光分量B’，它们中的每个相对于衍射面113和衍射面112以偏移角DAA和DBB而设置。照射光分量A’和照射光分量B’来源于光栅150A和光栅150B的相对于照射光分量A和照射光分量B产生的部分沿Y轴方向偏离的部分。光栅150A和光栅150B中的每个包括相栅，其配置为抑制来自于照射光132的零级光输出，并由此抑制平行于与X方向垂直的平面的照射光分量，使得没有照射光分量平行于该平面。照射光分量A、A’、B和B’相对于衍射面111、112和113的布置是照明部分160的关键特征。照明部分160的可选实施例可以采用单光栅，只要该光栅具有节距值使得能提供照射光分量A、A’、B和B’在照射光束133中的类似布置，并且照射光分量A、A’、B和B’叠加在标尺光栅110上的大于被成像构造190所成像的区域的整个区域从而满足检测器200的光探测器。

应当注意的是，照明部分160是示例性的而非作为限制。可以使用提供这样的照射光133的任何照明部分，该照射光133包括按照此处描述的而布置且彼此相干的照射光分量A和照射光分量B。

照射光分量A通过标尺光栅110衍射以产生标尺光分量OP1A、标尺光分量OP2A和标尺光分量OP3A。标尺光分量OP1A来源于照射光分量A并且被标尺光栅110基本上沿衍射面111输出，使得标尺光分量OP1A相应于偏移角DAA以角度θOP1A偏离于衍射面111。标尺光分量OP2A来源于照射光分量A并且被标尺光栅110大体上沿衍射面112输出，使得标尺光分量OP2A相应于偏移角DAA以角度θOP2A偏离于衍射面112。标尺光分量OP3A来源于照射光分量A并且被标尺光栅110基本上沿衍射面113输出，使得标尺光分量OP3A相应于偏移角DAA以角度θOP3A偏离于衍射面113。

照射光分量B通过标尺光栅110衍射以产生标尺光分量OP1B、标尺光分量OP2B和标尺光分量OP3B。标尺光分量OP1B来源于照射光分量B并且被标尺光栅110大体上沿衍射面111输出，使得标尺光分量OP1B相应于偏移角DAB以角度θOP1B偏离于衍射面111。标尺光分量OP2B来源于照射光分量B并且被标尺光栅110基本上沿衍射面112输出，使得标尺光分量OP2B相应于偏移角DAB以角度θOP2B偏离于衍射面112。标尺光分量OP3B来源于照射光分量B并且被标尺光栅110基本上沿衍射面113输出，使得标尺光分量OP3B相应于偏移角DAB以角度θOP3B偏离于衍射面113。

衍射面113、111和112相对于照射光分量A的衍射级分别为0、1和2。衍射面113、111和112相对于照射光分量B的衍射级分别为-2、-1和0。衍射面111和112的衍射级彼此相差1。衍射面111和113的衍射级彼此相差1。衍射面112和113的衍射级彼此相差2。然而，衍射面112和113的衍射级可以彼此相差整数N，其中N至少是1(中心衍射面可任选，并且当N＝1时，信号周期等于标尺周期)。

照射光分量A’和B’通过标尺光栅110衍射以产生分别大致平行于标尺光分量OP1A、OP1B、OP2A、OP2B、OP3A和OP3B的标尺光分量OP1A’、OP1B’、OP2A’、OP2B’、OP3A’和OP3B’(未示出)。

标尺光成像构造120的成像构造190包括偏转元件DEOP2和DEOP3以及远心成像部分180。在一些实施例中，例如图1和2中所示，偏转元件DEOP2和DEOP3包括棱镜。在可选实施例中，偏转元件DEOP2和DEOP3可以包括光栅或反射镜。远心成像部分180为包括透镜181、孔阑狭缝(apertureslit)182和透镜183的双远心成像系统。孔阑狭缝182设置在透镜181的焦平面和透镜183的焦平面上。远心成像部分180具有与X方向和Y方向垂直的Z方向的光轴OA。

检测器200具有沿X方向布置的三个检测器部分201、202和203(参见图3)。检测器部分201包括沿Y方向布置的检测器DET1和检测器DET1’。检测器部分202包括沿Y方向布置的检测器DET2和检测器DET2’。检测器部分203包括沿Y方向布置的检测器DET3和检测器DET3’。

标尺光成像构造120包括三条光路OP1、OP2和OP3。光路OP1垂直于X方向，并且包括平行于与X方向垂直的衍射面111的初始路径部分OP11以及通过远心成像部分180的深入路径部分OP12。光路OP1的初始路径部分OP11和光路OP1的深入路径部分OP12与远心成像部分180的光轴OA重合。标尺光栅110配置为沿初始路径部分OP11输出标尺光分量OP1A和标尺光分量OP1B。当标尺光分量OP1A和标尺光分量OP1B从标尺光栅110输出并被输入远心成像部分180时，标尺光分量OP1A沿着光路OP1的初始路径部分OP11以相应于偏移角DAA的角度θOP1A偏离于与远心成像部分180的光轴OA平行的准线，并且标尺光分量OP1B沿着光路OP1的初始路径部分OP11以相应于偏移角DAB的角度θOP1B偏离于与远心成像部分180的光轴OA平行的准线。远心成像部分180配置为将标尺光分量OP1A和标尺光分量OP1B输出到检测器部分201。检测器部分201配置为接收沿光路OP1传输的标尺光分量OP1A和标尺光分量OP1B，并输出位移信号，该位移信号仅包括指示标尺光成像构造120相对于标尺光栅110沿X方向的位移的信号分量。

光路OP2包括平行于衍射面112的初始路径部分OP21，其不平行于远心成像部分180的光轴OA，还包括通过远心成像部分180的深入路径部分OP22以及作为光路偏转元件并位于初始路径部分OP21和深入路径部分OP22之间的偏转元件DEOP2。标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B由标尺光栅110沿初始路径部分OP21输出。当标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B从标尺光栅110输出时，标尺光分量OP2A沿着光路OP2的初始路径部分OP21以相应于偏移角DAA的角度θOP2A偏离于衍射面112，并且标尺光分量OP2B沿着光路OP2的初始路径部分OP21以相应于偏移角DAB的角度θOP2B偏离于衍射面112。偏转元件DEOP2配置为沿光路OP2的初始路径部分OP21接收标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B，并使标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B偏转，使得标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B以分别相应于偏移角DAA和DAB的量从平行于远心成像部分180的光轴OA的准线偏离，这样标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B输入远心成像部分180。远心成像部分180配置为将标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B输出到检测器部分202。检测器部分202配置为接收沿光路OP2传输的标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B，并输出位移信号，该位移信号包括指示标尺光成像构造120相对于标尺光栅110沿X方向的位移的信号分量以及指示标尺光成像构造120相对于标尺光栅110沿Z方向的位移的信号分量。

可选光路OP3是可选的且包括平行于衍射面113的初始路径部分OP31，其不平行于远心成像部分180的光轴OA，还包括通过远心成像部分180的深入路径部分OP32以及作为光路偏转元件并位于初始路径部分OP31和深入路径部分OP32之间的偏转元件DEOP3。标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B由标尺光栅110沿初始路径部分OP31输出。当标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B从标尺光栅110输出时，光路OP3的标尺光分量OP3A沿着初始路径部分OP31以相应于偏移角DAA的角度θOP3A偏离于衍射面113，并且标尺光分量OP3B基本上沿着光路OP3的初始路径部分OP31以相应于偏移角DAB的角度θOP3B偏离于衍射面113。偏转元件DEOP3配置为接收基本上沿光路OP3的初始路径部分OP31的标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B，并使标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B偏转，使得标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B以分别相应于偏移角DAA和DAB的量从平行于远心成像部分180的光轴OA的准线偏离，这样标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B输入远心成像部分180。远心成像部分180配置为将标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B输出到检测器部分203。检测器部分203配置为接收沿光路OP3传输的标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B，并输出位移信号，该位移信号包括指示标尺光成像构造120相对于标尺光栅110沿X方向的位移的信号分量以及指示标尺光成像构造120相对于标尺光栅110沿Z方向的位移的信号分量。

标尺光分量OP1A’、OP1B’、OP2A’、OP2B’、OP3A’和OP3B’沿光路OP1’、OP2’和OP3’传输，光路OP1’、OP2’和OP3’分别平行于光路OP1、OP2和OP3。它们每个由远心成像部分180以类似的对输出到检测器部分201、202和203，更具体地，输出到检测器DET1’、DET2’和DET3’。检测器DET1’、DET2’和DET3’为可选元件，可用于检测如下面更加详细说明的附加自由度。

参见图3，检测器DET1配置为接收由标尺光分量OP1A和标尺光分量OP1B的干涉产生的强度图样IP1。检测器DET1’配置为接收由标尺光分量OP1A’和标尺光分量OP1B’的干涉产生的强度图样IP1’。检测器DET2配置为接收由标尺光分量OP2A和标尺光分量OP2B的干涉产生的强度图样IP2。检测器DET2’配置为接收由标尺光分量OP2A’和标尺光分量OP2B’的干涉产生的强度图样IP2’。检测器DET3配置为接收由标尺光分量OP3A和标尺光分量OP3B的干涉产生的强度图样IP3。检测器DET3’配置为接收由标尺光分量OP3A’和标尺光分量OP3B’的干涉产生的强度图样IP3’。

每个强度图样IP1、IP1’、IP2、IP2’、IP3和IP3’包括条纹节距为FP的周期性条纹图案。在其中N为1的示例性实施例中，条纹节距FP等于周期PSG。应当注意的是，在各种实施例中，周期Psplit略小于周期Pcomb的两倍，而不是周期Pcomb的精确的两倍。假如Psplit精确地为周期Pcomb的两倍，即，在此处描述的实施例中为1μm，那么偏移角DAA和偏移角DAB都将变为零，并且入射到检测器的各对标尺光分量将沿着相同的光路传输且不会发生干涉以产生相应的强度图样。因而，周期Psplit略小于或略大于周期Pcomb的两倍是提供强度图样的关键，该强度图样可用于根据本实施例进行位置测量。

检测器DET1、DET1’、DET2、DET2’、DET3和DET3’具有相同的结构，因而以检测器DET1为例对检测器进行说明。检测器DET1具有在X方向周期性设置的光探测器DET11-DET18。四个光探测器DET11-DET14和四个光探测器DET15-DET18分别对应强度图样IP1的一个周期。四个光探测器DET11-DET14和四个光探测器DET15-DET18并联连接。

对于检测器DET1，由于沿着X方向的位移ΔX而产生的强度图样IP1的正交信号相位改变Δphase1表示为：

EQ1

ΔPhasel = N \frac{2 πΔX}{P_{SG}}

其中：

N是整数，其与沿光路OP1共同行进的标尺光分量OP1A和OP1B之间的衍射级数之差相对应，在此例中该差为1-(-1)＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。

对于检测器DET1’，由于沿着X方向的位移ΔX’而产生的强度图样IP1’的正交信号相位改变Δphase1’表示为：

EQ2

{ΔPhasel}^{'} = N \frac{2 πΔ X^{'}}{P_{SG}}

其中：

N是整数，其与沿光路OP1’共同行进的标尺光分量OP1A’和OP1B’之间的衍射级数之差相对应，在此例中该差为1-(-1)＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。

对于检测器DET2，由于沿着X方向的位移ΔX和沿着Z方向的位移ΔZ2而产生的强度图样IP2的正交信号相位改变Δphase2表示为：

EQ3

ΔPhase 2 = N [\frac{2 πΔX}{P_{SG}} - 2 π \frac{\tan (θ 2) \cdot Δ Z_{2}}{P_{SG}}]

其中：

N是整数，其相应于沿光路OP2共同行进的标尺光分量OP2A和OP2B之间的衍射级数之差，在此例中该差为2-0＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。ΔZ2是标尺光栅110上在检测器DET2上成像的位置的Z位移。θ2是光路OP2在标尺光栅110上的入射角且是衍射面112的衍射角。

对于检测器DET2’，由于沿着X方向的位移ΔX’和沿着Z方向的位移ΔZ2’而产生的强度图样IP2’的正交信号相位改变Δphase2’表示为：

EQ4

ΔPhase 2^{'} = N [\frac{2 πΔ X^{'}}{P_{SG}} - 2 π \frac{\tan (θ 2) \cdot Δ {Z_{2}}^{'}}{P_{SG}}]

其中：

N是整数，其相应于沿光路OP2共同行进的标尺光分量OP2A和OP2B之间的衍射级数之差，在此例中该差为2-0＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。ΔZ2’是在检测器DET2’上成像的标尺光栅110上的位置的Z位移。θ2是光路OP2在标尺光栅110上的入射角且是衍射面112的衍射角。

对于检测器DET3，由于沿着X方向的位移ΔX和沿着Z方向的位移ΔZ3而产生的强度图样IP3的正交信号相位改变Δphase3表示为：

EQ5

ΔPhase 3 = N [\frac{2 πΔX}{P_{SG}} + 2 π \frac{\tan (θ 3) \cdot Δ Z_{3}}{P_{SG}}]

其中：

N是整数，其相应于沿光路OP3共同行进的标尺光分量OP3A和OP3B之间的衍射级数之差，在此例中该差为0-(-2)＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。ΔZ3是在检测器DET3上成像的标尺光栅110上的位置的Z位移。θ3是光路OP3在标尺光栅110上的入射角且是衍射面113的衍射角。

对于检测器DET3’，由于沿着X方向的位移ΔX’和沿着Z方向的位移ΔZ3’而产生的强度图样IP3’的正交信号相位改变Δphase3’表示为：

EQ6

ΔPhase 3^{'} = N [\frac{2 πΔ X^{'}}{P_{SG}} + 2 π \frac{\tan (θ 3) \cdot Δ {Z_{3}}^{'}}{P_{SG}}]

其中：

N是整数，其相应于沿光路OP3共同行进的标尺光分量OP3A和OP3B之间的衍射级数之差，在此例中该差为0-(-2)＝2。P_SG是标尺光栅110的光栅条118的节距。ΔZ3’是在检测器DET3’上成像的标尺光栅110上的位置的Z位移。θ3是光路OP3在标尺光栅110上的入射角且是衍射面113的衍射角。

求解EQ1从而根据相位改变Δphase1获得ΔX，并由此获得标尺光栅110和标尺光成像构造120之间沿着X方向的位移。从EQ3中减去EQ1，求解结果从而根据相位改变Δphase2和Δphase1获得ΔZ2，并由此获得标尺光栅110和标尺光成像构造120之间沿着Z方向的位移。

从EQ5中减去EQ1，求解结果从而根据相位改变Δphase3和Δphase1获得ΔZ3，并由此获得标尺光栅110和标尺光成像构造120之间沿着Z方向的位移。

根据ΔZ2和ΔZ3计算平均值ΔZ。

求解EQ2从而根据相位改变Δphase1’获得ΔX’。可以从EQ3’减去EQ1’，求解结果从而根据相位改变Δphase2’和Δphase1’获得ΔZ2’。可以从EQ3减去EQ1’，求解结果从而根据相位改变Δphase3’和Δphase1’获得ΔZ3’。当检测器之间在X和Y方向的偏移已知时，ΔX’、ΔZ2’和ΔZ3’的值可以与ΔX、ΔZ2和ΔZ3的值进行比较以确定标尺光栅110的节距、偏移(yaw)或摇摆(roll)。

条纹节距FP必须足够小，使得各个强度图样中的条纹的至少一个周期入射到相应的检测器。然而，设计考虑为每个检测器的尺寸设置上限和下限。由此，在各种实施例中，条纹节距FP至少是1μm且不大于200μm。在一些实施例中，条纹节距FP至少是15μm且不大于50μm。

应当注意的是，偏移角DAA、偏移角DBB、衍射级角θ1、θ2和θ3以及远心成像部分180的放大率可以选择给出与检测器200的光探测器间距(spacing)相匹配的条纹节距FP的期望值。本实施例中给出的远心成像部分180的放大率是-1。然而，这是示例性的而非作为限制。放大率的其他值可以采用与偏移角DAA、偏移角DBB以及衍射级角θ1、θ2和θ3相匹配的匹配值，只要照射光分量A、A’、B和B’叠加在标尺光栅110上的大于被成像构造190所成像的区域的区域上。

在备选实施例中，由于周期Psplit可以接近周期Pcomb的两倍，使得偏移角DAA和偏移角DBB接近零。这需要检测器200之外的不同的检测构造或光栅110之外的不同的光栅构造。可以使用具有增加的检测器元件周期的检测器阵列以匹配增加的条纹节距FP，用于达到100到500μm或更大的值。假如条纹节距FP足够大(例如达到几毫米或更大)，那么可以使用离散的检测器来代替检测器200。对于甚至更大的条纹节距FP的值(例如远大于1mm)，可以使用包括带有离散检测器的偏振分束器的检测器(例如类似于在美国专利第4,776,701号中公开的或者在2009年5月10日的《Appliedoptics》第48卷第14期中Liu等人发表的“Five-Degrees-of-FreedomDiffractiveLaserEncoder”中公开的)。包括对应于光探测器DET11-DET14和DET15-DET18的宽度的周期性区域的光栅可通过相移来使用，对于大的条纹节距FP值，该相移为相应的光探测器提供所需的相位输出。然而，应当注意的是，这种备选实施例会需要不紧凑和更昂贵的检测器或更复杂和制造成本高的光栅。

(第二实施例)

参见图4，根据第二实施例的位移传感器300与根据第一实施例的位移传感器100的不同之处在于：位移传感器100的远心成像部分180是双远心成像系统，而位移传感器300的远心成像部分180’是包括透镜181’和孔阑狭缝182’的单远心成像系统。位移传感器100和300的其余配置相同。

(第三实施例)

参见图5，根据第三实施例的位移传感器400与根据第一实施例的位移传感器100的不同之处在于，在第一实施例中，衍射面111垂直于X方向，衍射面112和113相对于衍射面111对称，而在第三实施例中，衍射面111’垂直于X方向，衍射面112’和113’互相平行。此外，位移传感器400包括阻挡元件175，其定位以阻挡产生于照射光分量A的+1级衍射分量和产生于照射光分量B的-1级衍射分量。这些分量会沿光路OP2’与标尺光分量进行干涉。这两个实施例的其余配置相同。

尽管显示并描述了各种示例性实施例，但是本发明不限定于所示实施例。因此，旨在本发明的范围仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims

1.一种位移传感器构造(100、300、400)，包括：

标尺光栅(110)，包括设置在第一方向(X)上的光栅条(118)，每个所述光栅条在实质上垂直于所述第一方向的第二方向(Y)上延伸，且所述标尺光栅定义对应于衍射级角组(θ1、θ2、θ3)的衍射面组(111、112、113)，该衍射级角组与垂直入射到所述标尺光栅上的平面波相对应；以及

标尺光成像构造(120)，包括：

照明部分(160)，配置为向所述标尺光栅提供照射光，且所述平面波和所述照射光具有相同的波长；

成像构造(190)，包括第一光路和第二光路(OP1、OP2)；以及

检测器(200)，包括第一检测器部分和第二检测器部分(201、202)，其中：

所述位移传感器构造配置为从所述标尺光栅输出第一标尺光分量到所述成像构造，并且配置为沿着所述第一光路输出所述第一标尺光分量到所述第一检测器部分，

所述位移传感器构造配置为从所述标尺光栅输出第二标尺光分量到所述成像构造，并且配置为沿着所述第二光路输出所述第二标尺光分量到所述第二检测器部分，而且在所述标尺光栅附近，所述第二光路相对于与所述标尺光栅垂直的方向以一角度倾斜，该角度定义在包括垂直于所述标尺光栅的所述方向和所述第一方向的平面中，

所述第一检测器部分配置为接收沿着所述第一光路传输的所述第一标尺光分量并输出第一位移信号，该第一位移信号至少包括第一信号分量，该第一信号分量指示所述标尺光成像构造相对于所述标尺光栅沿着所述第一方向的位移，并且

所述第二检测器部分配置为接收沿着所述第二光路传输的所述第二标尺光分量并输出第二位移信号，该第二位移信号包括所述第一信号分量和第二信号分量，该第二信号分量指示所述标尺光成像构造相对于所述标尺光栅沿着第三方向(Z)的位移，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。

2.根据权利要求1所述的位移传感器构造，其中

所述照明部分配置为提供包括第一照射光分量和第二照射光分量(A、B)的照射光，所述第一照射光分量布置为相对于所述衍射面组中的第一衍射面(111)偏离第一偏移角(DAA)，所述第二照射光分量布置为相对于所述衍射面组中的第二衍射面(112)偏离第二偏移角(DAB)，并且所述第一衍射面和所述第二衍射面的衍射级彼此相差整数N，其中N至少是1，

所述第一标尺光分量包括第一标尺光次级分量和第二标尺光次级分量(OP1A、OP1B)，所述第一标尺光次级分量产生于所述第一照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第一标尺光次级分量以相应于所述第一偏移角的量(θOP1A)从所述第一衍射面偏离，所述第二标尺光次级分量产生于所述第二照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第二标尺光次级分量以相应于所述第二偏移角的量(θOP1B)从所述第一衍射面偏离，

所述第二标尺光分量包括第三标尺光次级分量和第四标尺光次级分量(OP2A、OP2B)，所述第三标尺光次级分量产生于所述第一照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第三标尺光次级分量以相应于所述第一偏移角的量(θOP2A)从所述第二衍射面偏离，所述第四标尺光次级分量产生于所述第二照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第四标尺光次级分量以相应于所述第二偏移角的量(θOP2B)从所述第二衍射面偏离，

所述第一检测器部分配置为接收由所述第一标尺光次级分量和所述第二标尺光次级分量的干涉产生的第一强度图样(IP1)，所述第二检测器部分配置为接收由所述第三标尺光次级分量和所述第四标尺光次级分量的干涉产生的第二强度图样(IP2)。

3.根据权利要求2所述的位移传感器构造，其中

所述第一衍射面实质上垂直于所述第一方向，所述第一位移信号仅包括所述第一信号分量。

4.根据权利要求3所述的位移传感器构造，其中所述第一位移信号和所述第二位移信号之间的差指示所述标尺光成像构造相对于所述标尺光栅沿所述第三方向的位移。

5.根据权利要求1所述的位移传感器构造，其中所述照明部分配置为不提供平行于与所述第一方向垂直的平面的照射光分量。

6.根据权利要求1所述的位移传感器构造，其中所述标尺光栅包括相栅(150A、150B)，该相栅配置为抑制来自于所述照射光的零级光输出。

7.根据权利要求2所述的位移传感器构造，其中：

所述成像构造包括远心成像部分(180、180’)，所述第一光路包括实质上平行于所述第一衍射面的初始路径部分(OP11)和通过所述远心成像部分的深入路径部分(OP12)，并且

所述第二光路包括实质上平行于所述第二衍射面的初始路径部分(OP21)和通过所述远心成像部分的深入路径部分(OP22)。

8.根据权利要求3所述的位移传感器构造，其中

所述成像构造包括远心成像部分(180、180’)，该远心成像部分具有实质上垂直于所述第一方向和所述第二方向的光轴(OA)，

所述第一光路包括实质上平行于所述第一衍射面的初始路径部分(OP11)和通过所述远心成像部分的深入路径部分(OP12)，

所述第二光路包括实质上平行于所述第二衍射面的初始路径部分(OP21)、通过所述远心成像部分的深入路径部分(OP22)以及位于所述初始路径部分和所述远心成像部分之间的光路偏转元件(DEOP2)，所述第二光路的所述光路偏转元件配置为沿所述第二光路的所述初始路径部分接收实质上沿所述第二衍射面行进的所述第二标尺光分量，并使所述第二标尺光分量偏转，从而使得所述第二标尺光分量沿所述第二光路的所述深入路径部分以平行于所述光轴的方向行进，以及

所述光路偏转元件包括光栅和棱镜之一。

9.根据权利要求2所述的位移传感器构造，其中

所述第二衍射面不平行于所述远心成像部分的光轴，并且

所述第二光路包括实质上平行于所述第二衍射面的初始路径部分(OP21)、通过所述远心成像部分的深入路径部分(OP22)以及位于所述初始路径部分和所述远心成像部分之间的光路偏转元件(DEOP2)，所述第二光路的光路偏转元件配置为接收实质上沿所述第二光路的所述初始路径部分的所述第二标尺光分量，并使所述第二标尺光分量偏转，从而当所述第三标尺光次级分量和所述第四标尺光次级分量被输入所述远心成像部分时，所述第三标尺光次级分量和所述第四标尺光次级分量以分别相应于所述第一偏移角和所述第二偏移角的量偏离于与所述远心成像部分的光轴平行的准线。

10.根据权利要求9所述的位移传感器构造，其中所述第一衍射面平行于所述远心成像部分的光轴，且当所述第一标尺光次级分量和所述第二标尺光次级分量从所述标尺光栅输出并被输入到所述远心成像部分时，沿所述第一光路的所述初始路径部分的所述第一标尺光次级分量和所述第二标尺光次级分量以相应于所述第一偏移角和所述第二偏移角的量偏离于与所述远心成像部分的光轴平行的准线。

11.根据权利要求10所述的位移传感器构造，其中所述第一光路的所述初始路径部分和所述第一光路的所述深入路径部分与所述远心成像部分的光轴实质上重合。

12.根据权利要求8所述的位移传感器构造，其中所述远心成像部分包括含有透镜和孔阑的单远心成像系统(180’)以及依次含有第一透镜、孔阑和第二透镜的双远心成像系统(180)之一。

13.根据权利要求1所述的位移传感器构造，其中

所述第一检测器部分包括沿着所述第二方向排列的第一子检测器部分和第二子检测器部分(DET11、DET12、DET13、DET14、DET15、DET16、DET17、DET18)，并且

所述第二检测器部分包括沿着所述第二方向排列的第三子检测器部分和第四子检测器部分。

14.根据权利要求2所述的位移传感器构造，其中

所述成像构造还包括第三光路(OP3)，

所述检测器还包括第三检测器部分(203)，

所述位移传感器构造配置为从所述标尺光栅向所述成像构造输出第三标尺光分量，并且配置为沿着所述第三光路输出所述第三标尺光分量到所述第三检测器部分，

所述第三检测器部分配置为接收沿着所述第三光路传输的所述第三标尺光分量并输出第三位移信号，该第三位移信号包括所述第一信号分量和第三信号分量，该第三信号分量指示所述标尺光成像构造相对于所述标尺光栅沿着所述第三方向的位移。

15.根据权利要求14所述的位移传感器构造，其中

所述第一检测器部分包括沿着所述第二方向排列的第一子检测器部分和第二子检测器部分(DET11、DET12、DET13、DET14、DET15、DET16、DET17、DET18)，

所述第二检测器部分包括沿着所述第二方向排列的第三子检测器部分和第四子检测器部分，并且

所述第三检测器部分包括沿着所述第二方向排列的第五子检测器部分和第六子检测器部分，

所述位移传感器构造根据下列之一进行配置：

a)所述第三标尺光分量包括第五标尺光次级分量和第六标尺光次级分量(OP3A、OP3B)，所述第五标尺光次级分量产生于所述第一照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第五标尺光次级分量以相应于所述第一偏移角的量(θOP3A)从第三衍射面偏离，所述第六标尺光次级分量产生于所述第二照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第六标尺光次级分量以相应于所述第二偏移角的量(θOP3B)从所述第三衍射面偏离，

所述第一衍射面实质上垂直于所述第一方向，所述第二衍射面和所述第三衍射面关于所述第一衍射面对称，

b)所述第三标尺光分量包括第五标尺光次级分量和第六标尺光次级分量(OP3A、OP3B)，所述第五标尺光次级分量产生于所述第一照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第五标尺光次级分量以相应于所述第一偏移角的量(θOP3A)从所述第三衍射面偏离，所述第六标尺光次级分量产生于所述第二照射光分量并被所述标尺光栅输出，使得所述第六标尺光次级分量以相应于所述第二偏移角的量(θOP3B)从所述第三衍射面偏离，

所述第一衍射面实质上垂直于所述第一方向，所述第二衍射面和所述第三衍射面彼此平行。