TWI521184B - 適用於光學尺之光干涉相位感測模組及光柵干涉相位感測系統 - Google Patents

Description

適用於光學尺之光干涉相位感測模組及光柵干涉相 位感測系統

本揭露關於一種光干涉相位感測模組及其光柵干涉相位感測系統。

繞射式光學尺是一種用來量測微小位移的光學裝置，可解析到奈米等級定位感測。繞射架構又分為反射式及穿透式。光源及光偵測器分別位於刻度尺(光柵)兩側屬穿透式，光源及光偵測器位於刻度尺(光柵)同一側屬反射式。已知的一種繞射架構，如第1圖所示。光接收/發射複合單元12產生之雷射光經過偏振分光器58分光之後，分別與光柵11進行兩次繞射。兩次繞射光Lc1及Lc2重合形成干涉光，進入光接收/發射複合單元12。干涉光經過三個分光鏡591~59-3及一個反射鏡59-4後形成四道干涉光。四道干涉光分別通過四分之一波片43及四個檢偏片42-1~42-4後，形成四個正交相位的偵測光(光偵測器52-1~52-4接收的光)。其干涉光之相位解調因為使用檢偏片，使得干涉光理論上僅有1/2能通過，有1/2被吸收掉，故雷射光的應用效率上僅有50%；此外，其四個檢偏片的穿透軸必須分別具有四種方向，在積體化製作的過程相當困 難。

此外，線性光柵繞射干涉(Linear Diffraction Grating Interferometer,LDGI)是一種利用光柵干涉的新架構。參考第2A圖，LDGI將雷射光分成兩道光並經光柵繞射後並重合形成干涉訊號，該干涉訊號具有讀頭與光柵相對運動產生之角頻差量訊號。然而，此架構的每一個分光器(NPBS、PBS1-PBS3)及光偵測器(PD1-PD4)均須依賴人工進行精密組裝及調整。調整後使用光學膠膠合及機械夾持，但光學膠固化收縮會造成移位的問題。其次，光學元件由標準商用鏡組所構成，體積無法再縮小，在光學元件極小的情況下，縱使使用機械式夾持，也難以進行鏡組的調整與膠合。此外，因為分光器的安排方式，使得此架構下的光偵測器必須單獨使用，在光偵測器無共基板的情況下，當受到環境變化干擾時，會降低光偵測器的訊雜比。更重要的是，LDGI架構為了讓進入光偵測器的四道光束形成四個正交相位的偵測光，必須補償進入其中一個分光器(例如PBS3)的相位，因此分光器PBS3必須偏斜設置，使得四個分光器無法共同設置於同一平面，如第2B圖所示。

因此，亟需一種適用於光學尺之光干涉相位感測模組及光柵干涉相位感測系統，其不使用檢偏器、分光器能積體化(不需偏斜)設置，且光源及光偵測器能採用共基板(平面)設計。

本揭露第一實施例提供一種光干涉相位感測模 組，包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之穿透光及具有第二方向之反射光，其中，穿透光穿透第一四分之一波板後射至第一偏振分光器，反射光依序穿透第二四分之一波板及第三四分之一波板後射至第二偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第一偏振分光器且具有第一方向的光並形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第一偏振分光器且具有第二方向的光並形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第二方向的光並形成第三光強度第四光偵測器接收反射自第二偏振分光器且具有第一方向的光並形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器及第二偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

本揭露第二實施例提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括：光源及第一偏振分光器。光源，產生線偏振光。第一偏振分光器，將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板再穿透第一偏振分光器而產生具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射後射至第三反射鏡，經第三反射鏡反射後沿第二路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第二路徑射回第三反射鏡，經第三反射鏡反射後射回第二反 射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器，將干涉光分為具有第一方向之第二穿透光及具有第二方向之第二反射光，其中，第二穿透光穿透第三四分之一波板後射至第二偏振分光器，第二反射光依序穿透第四四分之一波板及第五四分之一波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器，接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光並形成第一光強度，第二光偵測器，接收反射自第二偏振分光器且具有第二方向的光並形成第二光強度，第三光偵測器，接收穿透自第三偏振分光器且具有第二方向的光並形成第三光強度，第四光偵測器，接收反射自第三偏振分光器且具有第一方向的光並形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

本揭露第三實施例提供一種光干涉相位感測模組，包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之穿透光及具有第二方向之反射光，其中，穿透光穿透第一四分之一波板射至第一偏振分光器，反射光穿透第二四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第一四分之一波板後射至第二偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第一偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第一偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成一第二光強度。第三光偵 測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度。第四光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器、第二偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器及第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第三實施的另一種變型提供一種光干涉相位感測模組，包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之反射光及具有第二方向之穿透光，其中，反射光穿透第一四分之一波板射至第一偏振分光器，穿透光穿透第二四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第一四分之一波板後射至第二偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第一偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第一偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度。第四光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器、第二偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器及第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第四實施例提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括： 光源及第一偏振分光器。光源，產生線偏振光。第一偏振分光器，將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板再穿透第一偏振分光器而產生具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射後射至第三反射鏡，經第三反射鏡反射後沿第二路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第二路徑射回第三反射鏡，經第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組，包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之第二穿透光及具有第二方向之第二反射光，其中，第二穿透光穿透第三四分之一波板射至第二偏振分光器，第二反射光穿透第四四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第三四分之一波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第三偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度。第四光偵測器接收反射自第三偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的 光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第二偏振分光器、第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器及第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第五實施例提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括：光源及第一偏振分光器。光源產生線偏振光。第一偏振分光器將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板再穿透第一偏振分光器而產生具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經第二反射鏡反射後射至第三反射鏡，經第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第二路徑射回第三反射鏡，經第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之第二反射光及具有第二方向之第二穿透光，其中，第二反射光穿透第三四分之一波板射至第二偏振分光器；第二穿透光穿透第四四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第三四分之一 波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第三偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度；以及第四光偵測器接收反射自第三偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器、第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且光源與第一至第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第六實施例提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括：光源及第一偏振分光器。光源產生線偏振光。第一偏振分光器將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板再穿透第一偏振分光器而產生具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射後射至第三反射鏡，經第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第二路徑射回第三反射鏡，經第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一 干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之第二反射光及具有第二方向之第二穿透光，其中，第二反射光穿透第三四分之一波板射至第二偏振分光器。第二穿透光穿透第四四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第三四分之一波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第三偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度；以及第四光偵測器接收反射自第三偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器、第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且光源與第一至第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第七實施例提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括：光源及第一偏振分光器。光源產生線偏振光。第一偏振分光器，將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板，再穿透第一偏振分光器後產生 具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射後沿第二路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第二路徑射回第二反射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組包括：無偏振分光器及四個光偵測器。無偏振分光器將干涉光分為具有第一方向之第二反射光及具有第二方向之第二穿透光，其中，第二反射光穿透第三四分之一波板射至第二偏振分光器；第二穿透光穿透第四四分之一波板後，經第一反射面反射至第一方向，再穿透第三四分之一波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並被第二反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第三偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度；以及第四光偵測器接收反射自第三偏振分光器，並再被第三反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，無偏振分光器、第一偏振分光器、第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且光源與第一至第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第八實施例提供一種光干涉相位感測模組，包括：繞射式分光器、平行化透鏡以及第一至第四光偵測器。繞射式分光器，將干涉光分為第一輸出光束及第二輸出光束。平行化透鏡，將第一輸出光束及第二輸出光束平行於第一 方向後輸出，其中，平行於第一方向之第一輸出光束穿透第一四分之一波板後射至第一偏振分光器，平行於第一方向之第二輸出光束依序穿透第二四分之一波板及第一四分之一波板後射至第二偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第一偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第一偏振分光器，並被第一反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度。第四光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並再被第二反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，第一偏振分光器及第二偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器及第四光偵測器設置於第二方向。

本揭露第八實施例也提供一種光柵干涉相位感測系統，包括：光源模組及光干涉相位感測模組。光源模組包括：光源及第一偏振分光器。光源，產生線偏振光。第一偏振分光器，將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光及具有第二偏振態之第一穿透光，其中第一反射光穿透第一四分之一波板後射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射後沿第一路徑射至光柵，經光柵繞射後沿第一路徑射回第一反射鏡，經第一反射鏡反射後穿透第一四分之一波板再穿透第一偏振分光器而產生具有第二偏振態第一干涉成分光；第一穿透光穿透第二四分之一波板後射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射後射至第三反射鏡，經第三反射鏡反射後沿第二路徑射至光柵，經光柵繞射後 沿第二路徑射回第三反射鏡，經第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經第二反射鏡反射後穿透第二四分之一波板，再經第一偏振分光器反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光，第一干涉成分光及第二干涉成分光互相干涉而產生干涉光。光干涉相位感測模組，包括：繞射式分光器、平行化透鏡以及第一至第四光偵測器。繞射式分光器，將干涉光分為第一輸出光束及第二輸出光束。平行化透鏡，將第一輸出光束及第二輸出光束平行於第一方向後輸出，其中，平行於第一方向之第一輸出光束穿透第三四分之一波板後射至第二偏振分光器，平行於第一方向之第二輸出光束依序穿透第四四分之一波板及第三四分之一波板後射至第三偏振分光器。第一光偵測器接收穿透自第二偏振分光器且具有第一方向的光而形成第一光強度。第二光偵測器接收反射自第二偏振分光器，並被第一反射面反射至第一方向的光而形成第二光強度。第三光偵測器接收穿透自第三偏振分光器且具有第一方向的光而形成第三光強度。第四光偵測器接收反射自第三偏振分光器，並再被第二反射面反射至第一方向的光而形成第四光強度，其中，第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器及第四光偵測器設置於第二方向。

200、400、500、600、700、800‧‧‧光柵干涉相位感測系統

210、410、510、610、710、810‧‧‧光源模組

100、220、300A、300B、420、520、620、720、820‧‧‧光 干涉相位感測模組

230‧‧‧相位解調模組

230-1‧‧‧差動放大器

230-2‧‧‧訊號處理電路

IPD1、IPD2、IPD3、IPD4‧‧‧光偵測器接收之光強度

S1、S2‧‧‧訊號

△Φ‧‧‧相位分佈函數

G‧‧‧光柵

OP1、OP2‧‧‧第一路徑、第二路徑

PBS1、PBS2、PBS3‧‧‧第一偏振分光器、第二偏振分光器、第三偏振分光器

NPBS‧‧‧無偏振分光器

M1、M2、M3‧‧‧第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡

R1、R2、R3‧‧‧第一反射面、第二反射面、第三反射面

QW1、QW2、QW3、QW4‧‧‧第一四分之一波板、第二四分之一波板、第三四分之一波板、第四四分之一波板

PD1、PD2、PD3、PD4‧‧‧第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器、第四光偵測器

LD‧‧‧光源

LT、LT1、LT2‧‧‧穿透光、第一穿透光、第二穿透光

LR、LR1、LR2‧‧‧反射光、第一反射光、第二反射光

LI‧‧‧干涉光

本揭露之實施範例現在將參照所附圖式來詳細說明，其中：第1圖是一繞射架構(反射式)之光學尺的示意圖； 第2A圖是一般線性光柵繞射干涉(LDGI)架構之光學尺的示意圖；第2B圖是LDGI架構之光學尺的立體圖，其中偏振分光器PBS3為偏斜設置；第3圖為本揭露第一實施例揭露之光干涉相位感測模組的示意圖；第4A圖為本揭露第二實施例揭露之光柵干涉相位感測系統；第4B圖為本揭露第二實施例揭露之光柵干涉相位感測系統的相位解調模組；第5圖為本揭露第三實施例揭露之光干涉相位感測模組的示意圖，其中光干涉相位感測模組具有積體化設計；第6圖為基於本揭露第三實施例之另一種光干涉相位感測模組，其中第二四分之一波板係以鍍膜方式得到；第7A圖、第7B圖說明本揭露第三實施例之光干涉相位感測模組的製作方式；第8圖為本揭露第四實施例揭露之光柵干涉相位感測系統；第9圖為本揭露第五實施例揭露之光柵干涉相位感測系統，其中光柵的移動方向垂直於干涉光的前進方向；第10圖為本揭露第六實施例揭露之光柵干涉相位感測系統，其中光柵的移動方向平行於干涉光的前進方向；第11圖為本揭露第七實施例揭露之光柵干涉相位感測系統，其中光柵的移動方向不平行亦不垂直於干涉光的前進方 向；以及第12圖為本揭露第八實施例揭露之光柵干涉相位感測系統，其中干涉光被繞射式分光器分為兩道光束。

本揭露將搭配所附圖式說明如下。

當相關技術的詳細描述能避免混淆本案發明的主要技術時，其描述將被省略。此外，下列術語之定義考慮本揭露的功能，或取決於使用者的意圖或司法判例時，術語的定義可能會被改變。因此，基於本說明書的全部或一部之公開內容，每一個術語的含義應當被據以充分解釋。

第3圖是本揭露第一實施例之光干涉相位感測模組之示意圖。第一實施例所揭示之光干涉相位感測模組100，其包括無偏振分光器(non-polarizing beam splitter)NPBS、第一光偵測器(photo-detector)PD1、第二光偵測器PD2、第三光偵測器PD3及第四光偵測器PD4。

無偏振分光器NPBS依照光強度的比例，例如50：50，將干涉光LI分為具有第一方向之穿透光LT及具有第二方向之反射光LR，其中，穿透光LT穿透第一四分之一波板(quarter-wave plate)QW1後射至第一偏振分光器PBS1，反射光LR依序穿透第二四分之一波板QW2及第三四分之一波板QW3後射至第二偏振分光器PBS2。第一光偵測器PD1接收穿透自第一偏振分光器PBS1且具有第一方向的光並形成第一光強度IPD1。第二光偵測器PD2接收反射自第一偏振分光器PBS1且具有第二方向的光並形成第二光強度IPD2。第三光偵 測器PD3接收穿透自第二偏振分光器PBS2且具有第二方向的光並形成第三光強度IPD3。第四光偵測器PD4接收反射自第二偏振分光器PBS2且具有第一方向的光並形成第四光強度IPD4，其中，第一光強度IPD1、第四光強度IPD4、第二光強度IPD2及第三光強度IPD3的相位依序可相差一預設角度(譬如90度)，成為譬如0°,90°,180°,270°，但並非以此為限。

在第一實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉90度，且第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度。其中，快軸的偏轉角度係相對於水平方向而言，以第一實施例而言，第一四分之一波板QW1的水平方向係第二方向，第二及第三四分之一波板QW2及QW3的水平方向係第一方向的反方向，本領域具有通常知識者能知悉此含意，為簡化說明，後述實施例中不再逐一說明。

在第一實施例揭示之光干涉相位感測模組100之中，因為不需補償反射光LR的相位，故接收無偏振分光器NPBS之反射光LR的第二無偏振分光器PBS2不需要歪斜設置，所以無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1及第二偏振分光器PBS2能共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。此外，在第一實施例的元件組態下，干涉光LI能被分為進入光偵測器PD1-PD4且具有正交之相位的4道光線，所以光線在進入光偵測器PD1-PD4之前，不需要使用會損失能量之檢偏器(analyzer)來得到具有正交之相位。光偵測器PD1-PD4可使用例為PIN(p-intrinsic-n)二極體，但並非以此為限。

第4A圖是本揭露第二實施例之光柵干涉相位感測系統之示意圖。第二實施例揭示一種光柵干涉相位感測系統200，其包括光源模組210及光干涉相位感測模組220。第4A圖揭露的光干涉相位感測模組220與第3圖揭露的光干涉相位感測模組100具有相同的光學組態；不同之處在於，第4A圖之光柵干涉相位感測系統200更包括光源模組210。光源模組210包括產生線偏振光之光源LS，光源模組210產生干涉光LI，光源LS產生之線偏振光的方向(第二方向的反方向)與干涉光的方向(第一方向)垂直。

具體而言，光源模組210包括第一偏振分光器PBS1、第一四分之一波板QW1、第二四分之一波板QW2、第一反射鏡M1、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3及光柵G。在本揭露實施例中，光柵G為反射式光柵且作為光學尺之刻度尺。第一偏振分光器PBS1將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光LR1及具有第二偏振態之第一穿透光LT1，其中第一反射光LR1穿透第一四分之一波板QW1後射至第一反射鏡M1，經第一反射鏡M1反射後沿第一路徑OP1射至光柵G。沿第一路徑OP1射至光柵G的入射光，其入射角須足夠近似其-1階繞射角，使得該入射光經光柵G繞射後沿第一路徑OP1(-1階)射回第一反射鏡M1，經第一反射鏡M1反射後穿透第一四分之一波板QW1再穿透第一偏振分光器PBS1而產生具有第二偏振態第一干涉成分光LI_1(第4A圖未圖示)。第一穿透光LT1穿透第二四分之一波板QW2後射至第二反射鏡M2，經第二反射鏡M2反射後射至第三反射鏡M3，經第三反 射鏡M3反射後沿第二路徑OP2射至光柵G。沿第二路徑OP2射至光柵G的入射光，其入射角需足夠近似其+1階繞射角，使得經光柵G繞射後沿第二路徑OP2(+1階)射回第三反射鏡M3，經第三反射鏡M3反射後射回第二反射鏡M2，經第二反射鏡M2反射後穿透第二四分之一波板QW2，再經第一偏振分光器PBS1反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光LI_2(第4A圖未圖示)。第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2互相干涉而產生干涉光LI。

光干涉相位感測模組220之無偏振分光器NPBS依照光強度的比例，例如50：50，將光源模組210產生之干涉光LI分為具有第一方向之第二穿透光LT2及具有第二方向之第二反射光LR2，其中，第二穿透光LT2穿透第三四分之一波板QW3後射至第二偏振分光器PBS2，第二反射光LR2依序穿透第四四分之一波板QW4及第五四分之一波板QW5後射至第三偏振分光器PBS3。第一光偵測器PD1接收穿透自第二偏振分光器PBS2且具有第一方向的光並形成第一光強度IPD1。第二光偵測器PD2接收反射自第二偏振分光器PBS2且具有第二方向的光並形成第二光強度IPD2。第三光偵測器PD3接收穿透自第三偏振分光器PBS3且具有第二方向的光並形成第三光強度IPD3。第四光偵測器PD4接收反射自第三偏振分光器PBS3且具有第一方向的光並形成第四光強度IPD4，其中，第一光強度IPD1、第四光強度IPD4、第二光強度IPD2及第三光強度IPD3的相位依序可相差一預設角度(譬如90度，但並非以此為限)。在第二實施例中，無偏振分光器 NPBS、第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

以下將說明使用瓊斯矩陣(Jone’s Matrix)驗證第二實施例，以下表格所列者為常用之光學元件的瓊斯矩陣。

在第二實施例中，光源LS產生之線偏振光的偏振方向為45度，即構成線偏振光之P偏振光(P-wave)與S偏振光(S-wave)的光強度成等量分布，所以此線偏振光的瓊斯矩陣為。第一偏振分光器PBS1之穿透光及反射光的瓊斯矩陣分 別為及。第一四分之一波板QW1及第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，所以第一四分之一波板QW1及第二四分之一波板QW2的瓊斯矩陣均為。

對於沿第一路徑OP1前進並返回之光而言，線偏振光經第一偏振分光器PBS1反射後(第一反射光LR1)穿透第 一四分之一波板QW1，經第一反射鏡M1反射後射至光柵G，經光柵G繞射後沿第一路徑OP1射回第一反射鏡M1，經第一反射鏡M1反射後穿透第一四分之一波板QW1。將線偏振光的瓊斯矩陣，依序左乘第一偏振分光器PBS1之反射光的瓊斯矩陣、第一四分之一波板QW1的瓊斯矩陣(第一反射光LR1第一次穿透第一四分之一波板QW1、射向第一反射鏡M1)、第一四分之一波板QW1的瓊斯矩陣(繞射後經第一反射鏡M1反射而再度穿透第一四分之一波板QW1)，以及第一偏振分光器PBS1之透射光的瓊斯矩陣，即可得到第一干涉成分光LI_1的偏振方向。其數學表示如下：

由(式1)可以發現：在第二實施例的光學組態下，線偏振光原本由等量的S偏振光(第一偏振態)及P偏振光(第二偏振態)組成。線偏振光經第一偏振分光器PBS1反射後，其反射光(即第一反射光LR1)的偏振態為S偏振光(第一偏振態)。具有第一偏振態的第一反射光LR1第一次穿透第一四分之一波板QW1後變成右手圓偏振光(RHCP)。然後，被光柵G繞射後，右手圓偏振光第二次穿透第一四分之一波板QW1，其偏振態轉為P偏振光(第二偏振態)。然後，具有第二偏振態(P偏振光)的光會穿透第一偏振分光器PBS1形成第一干涉成分光LI_1。換言之，由第一反射光LR1變為第一干涉成分光LI_1的過程中，光的偏振狀態由S偏振光(第一偏振態)轉變為P偏 振光(第二偏振態)。

對於沿第二路徑OP2前進並返回之光而言，線偏振光穿透第一偏振分光器PBS1後(第一穿透光LT1)再穿透第二四分之一波板QW2，經第二反射鏡M2反射後射至第三反射鏡M3，經第三反射鏡反射後射至光柵G，經光柵G繞射後沿第二路徑OP2射回第三反射鏡M3，經第三反射鏡M3反射後射回第二反射鏡M2，經第二反射鏡M2反射後穿透第二四分之一波板QW2。將線偏振光的瓊斯矩陣，依序左乘第一偏振分光器PBS1之透射光的瓊斯矩陣、第二四分之一波板QW2的瓊斯矩陣(第一穿透光LT1第一次穿透第二四分之一波板QW2、射向第二反射鏡M2)、第二四分之一波板QW2的瓊斯矩陣(繞射後經第三反射鏡M3及第二反射鏡M2反射而再度穿透第二四分之一波板QW2)，以及第一偏振分光器PBS1之反射光的瓊斯矩陣，即可得到第二干涉成分光LI_2的偏振方向。其數學表示如下：

由(式2)可以發現：在第二實施例的光學組態下，線偏振光原本由等量的S偏振光(第一偏振態)及P偏振光(第二偏振態)組成。線偏振光穿透第一偏振分光器PBS1，其穿透光(即第一穿透光LT1)的偏振態為P偏振光(第二偏振態)。具有第二偏振態的第一穿透光LT1第一次穿透第二四分之一波板QW2後變成左手圓偏振光(LHCP)。然後，被光柵G繞射後， 左手圓偏振光第二次穿透第二四分之一波板QW2，其偏振態轉為S偏振光(第一偏振態)。然後，具有第一偏振態(S偏振光)的光會被第一偏振分光器PBS1反射而形成第二干涉成分光LI_2。換言之，由第一穿透光LT1變為第二干涉成分光LI_2的過程中，光的偏振狀態由P偏振光(第二偏振態)轉變為S偏振光(第一偏振態)。然後，第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2互相干涉而產生干涉光LI。

為了得知干涉光進入光偵測器PD1~PD4的光學狀態，吾人先分別求出第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2穿透光干涉相位感測模組220中各種光學元件的個別結果，然後將兩者的個別結果相加總，即得知干涉光進入光偵測器的光學狀態。

在第二實施例中，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度(後文有時以正交表示)，且第五四分之一波板QW5的快軸偏轉45度。第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2被無偏振分光器NPBS分光後，先穿透第四四分之一波板QW4，其數學表示如下：

其中及、E1及E2、ω1及ω2、及及及是第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2的電場相量表示式、電場振幅、角頻率、光程(optical path)及相位，且k是光波數(wave numbers)。

兩個干涉成分光在穿透第四四分之一波板QW4之後，接著穿透第五四分之一波板QW5，然後穿透第三偏振分 光器PBS3，分別將(式3)及(式4)乘上及，即得到進入第三光偵測器PD3之前，第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2的光學狀態。其數學表示如下：

將(式3-1)及(式4-1)相加總，即得到第三光偵測器PD3所接收的光，其數學表示如下：

另一方面，兩個干涉成分光在穿透第四四分之一波板QW4之後，接著穿透第五四分之一波板QW5，然後被第 三偏振分光器PBS3反射，分別將(式3)及(式4)乘上及 ，即得到進入第四光偵測器PD4之前，第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2的光學狀態。其數學表示如下：

將(式3-2)及(式4-2)相加總，即得到第四光偵測器PD4所接收的光，其數學表示如下：

第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2被無偏振分光器NPBS分光後，會穿透第三四分之一波板QW3，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，其數學表示如下：

兩個干涉成分光在穿透第三四分之一波板QW3之後，然後被第二偏振分光器PBS2反射，分別將(式7)及(式8)乘上，即得到進入第二光偵測器PD1之前，第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2的光學狀態。其數學表示如下：

將(式7-1)及(式8-1)相加總，即得到第二光偵測器PD2所接收的光，其數學表示如下：

兩個干涉成分光在穿透第三四分之一波板QW3之後，然後穿透第二偏振分光器PBS2，分別將(式7-1)及(式7-2)乘上，即得到進入第一光偵測器PD1之前，第一干涉成分光LI_1及第二干涉成分光LI_2的光學狀態。其數學表示如下：

將(式7-2)及(式8-2)相加總，即得到第一光偵測器PD1所接收的光，其數學表示如下：

光偵測器接收之光強度正比於其接收之光的兩個干涉成分光之干涉項(interference terms)，假設兩個干涉成分光被分光為振幅相同(即E ₁=E ₂=E ₀)，干涉光強度的計算如下：

其中，可以發現第一光強度IPD1、第四光強度IPD4、第二光強度IPD2及第三光強度IPD3的相位依序可相差一預設角度(譬如90度，但並不以此為限)。定義干涉相位分佈函數△Φ=△ωt+k△r，△ω為都卜勒頻移(Doppler frequency shift)、t為時間，k為光波數(wave numbers)、為光程，為初始相位，且干涉光從相同光源發出，故初始相位角可以假設為零(==0)。

參考第4B圖，第二實施例之光柵干涉相位感測系統200更包括相位解調模組230。相位解調模組230包括差動 放大器230-1及訊號處理電路230-2。差動放大器230-1將第一光強度IPD1減去第二光強度IPD2而產生第一訊號S1，將第三光強度IPD3減去第四光強度IPD4而產生與第一訊號S1正交之第二訊號S2。訊號處理電路230-2將第一訊號S1除以第二訊號S2，所得結果取反正切函數得到所有光強度的相位，相位分佈函數之正切函數tan△Φ，其數學表示如下：S ₁=I _PD1-I _PD2=E ₀ ²(sin△Φ-(-sin△Φ))=2E ₀ ² sin△Φ S ₂=I _PD3-I _PD4=E ₀ ²(cos△Φ-(-cos△Φ))=2E ₀ ² cos△Φ (式15)

其中由(式15)可以發現，第一訊號S1與第二訊號S2正交。

當光柵G沿第二方向以速度v左右移動時，督卜勒頻移△ω正比於速度v及繞射階m，且反比於光柵週期d，其數學表示如下：

因為+1階及-1階繞射的頻移分別為：

因此，都卜勒頻移△ω可表示為：

相位分佈函數△Φ可表示如下： 其中S表示光柵G的位移，由(式20)可以發現，當光柵G的 位移S等於光柵G的週期d的1/4時(即S=d/4)，△Φ=2π。反過來說，當相位分佈函數△Φ改變一個週期時(即△Φ=2π)，則光柵G的位移S和週期d的關係即可得知為S=d/4。

相位解調模組230的訊號處理電路230-2進一步將相位分佈函數之正切函數tan△Φ(式16)取反正切函數(arctangent)以得到相位分佈函數△Φ如下： 其中，因為光柵G的週期d及相位分佈函數△Φ已知，所以光柵G的位移S可由(式21)求出。

本揭露一實施例提供之光干涉相位感測模組可將干涉光分為譬如相位依序相差一預設角度(譬如90度)之4道光束，其係用於說明光干涉相位感測模組之操作，但並非以此為限，熟知技藝者當能知悉在不脫離不脫離本揭露及申請專利範圍揭露之範疇及精神的前提下，當能作些許變動、增刪及替換。舉例而言，亦可進一步將干涉光分為相位彼此相差45度之8道光束。

實施應用上，訊號處理電路230-2可為資料擷取(Data Acquisition，DAQ)裝置，以解析度為14位元(bits)的資料擷取為例，輸入之類比信號的通道寬度為±10V，故可解析至20V÷2¹³=2.44mV。假設弦波的振幅為1V，可細分為1/0.00244=409.8份，換言之，光柵週期為1.6μm的光柵G，本揭露之相位感測系統的解析度可達1.6μm÷2÷409.8=1.95nm。此外，第4B圖揭露之相位解調模組230 能應用於本揭露所有光柵干涉相位感測系統及光干涉相位感測模組實施例。

第5圖是本揭露第三實施例之光干涉相位感測模組之示意圖。第三實施例揭示一種光干涉相位感測模組300A，其包括無偏振分光器NPBS、第一光偵測器PD1、第二光偵測器PD2、第三光偵測器PD3及第四光偵測器PD4。

第三實施例之無偏振分光器NPBS將干涉光分為具有第一方向之穿透光LT及具有第二方向之反射光LR，其中，穿透光LT穿透第一四分之一波板QW1射至第一偏振分光器PBS1，反射光LR穿透第二四分之一波板QW2後，經第一反射面R1反射至第一方向，再穿透第一四分之一波板QW1後射至第二偏振分光器PBS2。第一光偵測器PD1接收穿透自第一偏振分光器PBS1且具有第一方向的光而形成第一光強度IPD1。第二光偵測器PD2接收反射自第一偏振分光器PBS1，並被第二反射面R2反射至第一方向的光而形成第二光強度IPD2。第三光偵測器PD3接收穿透自第二偏振分光器PBS2且具有第一方向的光而形成第三光強度IPD3。第四光偵測器PD4接收反射自第二偏振分光器PBS2，並再被第三反射面R3反射至第一方向的光而形成第四光強度IPD4，其中，第一光強度IPD1、第四光強度IPD4、第二光強度IPD2及第三光強度IPD3的相位依序可相差一預設角度(譬如90度)。在第三實施例中，無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1及第二偏振分光器PBS2共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器PD1、第二光偵測器PD2、第三光偵測器 PD3及第四光偵測器PD4設置於同一方向(第二方向)。

第5圖之第一光偵測器PD1接收之光的路徑與第4A圖之第一光偵測器PD1接收之光的路徑相同，其均為穿透第一四分之一波板QW1後再穿透第一偏振分光器PBS1。在光學元件方面，第5圖與第4A圖之光干涉相位感測模組不同之處在於，第5圖之光干涉相位感測模組300A僅包括二個四分之一波板(QW1及QW2)，及另外包括三個反射面(R1、R2及R3)，其中第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉90度。此外，與第1圖架構不同之處在於，將第4A圖之第一四分之一波板QW1及第三四分之一波板QW3整合為第5圖之第一四分之一波板QW1，俟第二方向反射光LR穿透第二四分之一波板QW2後，再藉由第一反射面R1將穿透第二四分之一波板QW2的反射光LR反射至第一方向後，再穿透第一四分之一波板QW1後射至第二偏振分光器PBS2。上述的光路相當於第4A圖中，穿透第二四分之一波板QW2(正交)及第三四分之一波板QW3(45度)後射至第二偏振分光器PBS2的反射光LR之光的路徑。所以，第5圖之第三光偵測器PD3接收的光相當於第4A圖第三光偵測器PD3接收的光；且第5圖之第四光偵測器PD4接收的光相當於第1圖第四光偵測器PD4接收的光。惟，第5圖之第四光偵測器PD4接收之光的路徑，到達第二偏振分光器PBS2的光經其反射後，再藉由第三反射面R3反射至PD4。另外，第5圖之第二光偵測器PD2接收之光的路徑，為穿透光LT穿透第一四分之一波板QW1(45度)，且經由第一偏振分光器PBS1反射 後，再藉由第二反射面R2反射至PD2。在第5圖中，藉由第二反射面R2將反射自第一偏振分光器PBS1的光反射至第一方向，所以第5圖之第二光偵測器PD2接收的光相當於第4A圖第二光偵測器PD2接收的光。在第5圖中，反射自第一偏振分光器PBS1及第二偏振分光器PBS2的光分別藉由第二反射面R2及第三反射面R3反射至第一方向，然後因為射至所有光偵測器的光均被轉換至同一方向，因此所有光偵測器能設置於同一平面。在第三實施例中，藉由這兩種手段，無偏振分光器NPBS、四分之一波板(QW1及QW2)、偏振分光器(PBS1及PBS2)能夠以鏡組堆疊方式被積體化。

在第5圖中，第三實施例之光干涉相位感測模組300A的第二四分之一波板QW2可以使用另一種方式，例如在玻璃上鍍上高分子鍍膜及鏡組的加工(後文詳述)而得到。如第6圖所示，光干涉相位感測模組300B的第二四分之一波板QW2呈現傾斜而與NPBS的穿透反射面及反射面R1平行，其中第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉90度。這種設置方式的優點是使得光干涉相位感測模組的製作能夠積體化、快速製作。在第6圖的實施例中，無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1及第二偏振分光器PBS2共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器PD1、第二光偵測器PD2、第三光偵測器PD3及第四光偵測器PD4設置於同一方向(第二方向)。

在第6圖中，第二方向穿透光LT斜向入射由高分子鍍膜形成的第二四分之一波板QW2，由於穿透光LT之S偏 振光及P偏振光對鍍膜的折射率不同，因此穿透第二四分之一波板QW2的穿透光LT具有極微小的偏移。在實際應用上，此偏移的數值約為光束直徑的1/500(約0.5mm/500=1μm)且為定值(不隨膜厚而變)，因此，此偏移為極微小的定值，所以可以忽略不計。

關於光干涉相位感測模組之實際製作上，參考第7A圖，其可以經由鍍膜、接合、切割及邊緣拋光而得到，並在製程中直接調整光軸，所以不需要針對每一個光學元件(NPBS、PBS)重複對位、膠合及夾持，因此易於調整光學對位，工序簡單，容易大量生產且成本較低。此外，參考第7B圖，可通過先進行第7B圖中的水平切割(H-cut)，再進行垂直切割(V-cut)而得到介於兩個鏡組之間且傾斜45度的四分之一波板。本文後述第四至第七實施例均可使用前述高分子鍍膜及鏡組加工方式得到其光干測相位模組。

第8圖是本揭露第四實施例之光柵干涉相位感測系統之示意圖。第四實施例揭示一種光柵干涉相位感測系統400，其包括光源模組410及光干涉相位感測模組420。第8圖的光源模組410與第4A圖的光源模組210具有相同的光學組態；且第8圖的光干涉相位感測模組420與第5圖的光干涉相位感測模組300A具有相同的光學組態，為了簡化說明，在此不再贅述。光源模組410藉由±1階繞射光產生具有相位資訊的干涉光，光干涉相位感測模組420將具有相位資訊的干涉光解調後(差動、三角及算術運算)後求出光柵G的位移S。在第四實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第 二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度；並且，無偏振分光器NPBS、第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面，且第一光偵測器PD1、第二光偵測器PD2、第三光偵測器PD3及第四光偵測器PD4設置於同一方向(第二方向)。

第9圖是本揭露第五實施例之光柵干涉相位感測系統之示意圖。第五實施例揭示一種光柵干涉相位感測系統500，其包括光源模組510及光干涉相位感測模組520。光源模組510包括產生線偏振光之光源LD，光源模組510產生干涉光LI，光源LD產生之線偏振光的方向(第一方向的反方向)與干涉光的方向(第二方向)垂直，光源LD為雷射二極體(laser diode)。

光源模組510包括第一偏振分光器PBS1、第一四分之一波板QW1、第二四分之一波板QW2、第一反射鏡M1、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3及光柵G，其中，第一四分之一波板QW1及第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度。第一偏振分光器將線偏振光分為具有第一偏振態之第一反射光LR1及具有第二偏振態之第一穿透光LT1，其中第一反射光LR1穿透第一四分之一波板QW1後射至第一反射鏡M1，經第一反射鏡M1反射後射至第二反射鏡M2，經第二反射鏡M2反射後沿第一路徑OP1射至光柵G，經光柵G繞射後沿第一路徑OP1射回第二反射鏡M2，經第二反射鏡M2反射後射回第一反射鏡M1，經第一反射鏡M1反射後穿透第一四分之一 波板QW1，再穿透第一偏振分光器PBS1後產生具有第二偏振態之第一干涉成分光LI_1(第5圖未圖示)。第一穿透光LT1穿透第二四分之一波板QW2後射至第三反射鏡M3，經第三反射鏡M3反射後沿第二路徑OP2射至光柵G，經光柵G繞射後沿第二路徑OP2射回第三反射鏡M3，經第三反射鏡M3反射後穿透第二四分之一波板QW2，再經第一偏振分光器PBS1反射後產生具有第一偏振態之第二干涉成分光LI_2(第5圖未圖示)，第一干涉成分光LI_1及上述第二干涉成分光LI_2互相干涉而產生干涉光LI。在第五實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度。

第9圖的光干涉相位感測模組520與第5圖的光干涉相位感測模組300A具有大致相同的光學組態，為了簡化說明，在此不再贅述。不同之處在於，在第9圖，進入光干涉相位感測模組520的干涉光LI在第二方向，而在第5圖，進入光干涉相位感測模組300A的干涉光LI是在第一方向。此外，光干涉相位感測模組520具有自光源模組510延伸過來的第二四分之一波板QW2。光源模組510與光干涉相位感測模組520共用第二四分之一波板QW2，其係有利於元件製作(免去移除光干涉相位感測模組520內之第二四分之一波板QW2的步驟)。在其他實施例中，可進一步移除在光干涉相位感測模組520內的部分第二四分之一波板QW2，使光干涉相位感測模組520不具有第二四分之一波板QW2。在第五實施例中， 無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1、第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

第9圖與第一至第四實施例不同處在於，第9圖之光源LD為雷射二極體(laser diode)，且藉由將光源LD與光偵測器PD1-PD4設置於同一基板(未圖示)而使得光源LD與光偵測器PD1-PD4位於同一方向(第二方向)。通過(例如第5圖或第9圖)巧妙設置光干涉相位感測模組的反射面及分光器，吾人能使進入光偵測器的光均位於同一方向，並使得進一步使得將光源LD與光偵測器PD1-PD4設置於同一平面成為可能。

第9圖的光源LD發射出由P偏振光與S偏振光構成之線偏振光。線偏振光被無偏振分光器分為具有第一偏振態的第一反射光LR1及具有第二偏振態的第一穿透光LT1。第一反射光LR1穿透第一四分之一波板QW1，並被第一反射鏡M1、第二反射鏡M2及光柵G反射後循原入射的路徑(OP1)再穿透第一四分之一波板QW1之後形成具有第二偏振態的第一干涉成分光。第一穿透光LT1穿透第二四分之一波板QW2，並被第三反射鏡M2及光柵G反射後循原入射的路徑(OP2)再穿透第二四分之一波板QW2之後形成具有第一偏振態的第二干涉成分光。具有第二偏振態的第一干涉成分光會穿透第一偏振分光器PBS1，具有第一偏振態的第二干涉成分光會被第一偏振分光器PBS1反射，然後兩者互相干涉而產生干涉光LI。

第9圖與第四實施例不同處在於，干涉光LI進入分光模組之無偏振分光器NPBS的方向。舉例而言，第8圖的 干涉光LI是由第一方向進入光干涉相位感測模組420的無偏振分光器NPBS，第9圖的干涉光LI是由第二方向進入光干涉相位感測模組520的無偏振分光器NPBS。

第10圖是本揭露第六實施例之光柵干涉相位感測系統之示意圖。第六實施例揭示一種光柵干涉相位感測系統600，其包括光源模組610及光干涉相位感測模組620。光源模組610包括產生線偏振光之光源LD，光源模組610產生干涉光LI，光源LD產生之線偏振光的方向(第一方向的反方向)與干涉光的方向(第二方向)垂直。在第六實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度，並且，無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1、第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

藉由將光干涉相位感測模組620之無偏振分光器NPBS、四分之一波板(QW3及QW4)、偏振分光器(PBS2及PBS3)以鏡組堆疊方式設計，且將光源LD及光偵測器PD1~PD4設置於同一方向(第二方向)，本揭露光柵干涉相位感測系統600得以被積體化。在第9圖至第11圖揭露之光柵干涉相位感測系統(含光源LD、第一至第四四分之一波板QW1-QW4)的設置組態之下，無論光柵G設置於何處(平行或垂直干涉光，或不平行亦不垂直於干涉光)，均能將干涉光被分割為具有四種相位之四道光束，使得本揭露在光學尺之讀頭 設計上顯具設計彈性。

第9圖與第10圖之實施例不同處在於，光源模組產生之干涉光LI的方向與光柵G的移動方向不同。舉例而言，第9圖的光源模組510產生之干涉光LI的方向為第二方向，光柵G的移動方向為平行於第一方向，因此兩者為互相垂直。第10圖的光源模組610產生之干涉光LI的方向為第二方向，但光柵G的移動方向為平行於第二方向，因此兩者為互相平行。

第11圖是本揭露第七實施例之光柵干涉相位感測系統700之示意圖。第11圖與第10圖及第9圖之實施例不同處在於，光源模組710產生之干涉光LI的方向與光柵G的移動方向不同。舉例而言，第11圖的光源模組710產生之干涉光LI的方向為第二方向，但光柵G的移動方向卻為與第一方向夾角45度的平行方向。在第七實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度。此外，在第七實施例中，光源LD及光偵測器PD1~PD4設置於同一方向(第二方向)，且無偏振分光器NPBS、第一偏振分光器PBS1、第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

第12圖是本揭露第八實施例之光柵干涉相位感測系統800之示意圖。第12圖的光源模組810與第4A圖及第8圖的光源模組相同，為了簡化說明，不再贅述。與前述實施例 不同處在於，光干涉相位感測模組820包括繞射式分光器GBS(diffractive beam splitter)及平行化透鏡Len。在本實施例中，繞射式分光器GBS為穿透式光柵分光器TGBS(transmission grating beam splitter)，其在光線離開的一側具有複數溝槽(grooves)(未圖示)，光源模組810產生的干涉光分為第一輸出光束L _out (-1階繞射光)及第二輸出光束(+1階繞射光)。平行化透鏡Len將第一輸出光束L _out 及第二輸出光束轉為平行於第一方向後輸出。在第八實施例中，第一四分之一波板QW1的快軸偏轉45度，第二四分之一波板QW2的快軸偏轉45度，第三四分之一波板QW3的快軸偏轉45度，第四四分之一波板QW4的快軸偏轉90度。

平行於第一方向的第一輸出光束L _out 穿透四分之一波板QW3後射至偏振分光器PBS2，平行於第一方向的第二輸出光束穿透四分之一波板QW2及QW3後射至偏振分光器PBS3。然後，類似於前述實施例，第一光偵測器PD1接收穿透自偏振分光器PBS2且具有第一方向的光而形成第一光強度IPD1；第二光偵測器PD2接收反射自偏振分光器PBS2，並被反射面R2反射至第一方向的光而形成第二光強度IPD2；第三光偵測器PD3接收穿透自偏振分光器PBS3且具有第一方向的光而形成第三光強度IPD3；且第四光偵測器PD4接收反射自偏振分光器PBS3，並再被反射面R3反射至第一方向的光而形成第四光強度IPD4。在第八實施例中，光偵測器PD1~PD4設置於同一方向(第二方向)，且第二偏振分光器PBS2及第三偏振分光器PBS3共同設置於第一方向及第二方向構成的平面。

本揭露提供之光干涉相位感測模組沒有使用偏振元件，因為若使用偏振元件進行檢光，理論上會有約50%的強度衰減。然而，本揭露之光干涉相位感測模組沒有使用偏振元件，因此光偵測器接收之光強度較強，有利於訊號分析。

本揭露提出一種新的光干涉相位感測模組(相位解調模組)以及應用其技術的光柵干涉相位感測系統，此種新模組的組成鏡組，易於加工製造，並在製造過程中已進行光路的調校，並改變入射到光感測器的干涉光安排，形成入射到共平面的架構，讓原本必須使用獨立四顆光偵測器，可改為使用半導體製程做成共基板之陣列式光偵測器，提高光偵測器的訊雜比，讓量產製造的光偵測器的成本降低。上述模組易於進行微型化的製作，微型化的模組可以提高元件響應的速度，並且可快速均勻反應環境變化，經過差分運算後環境影響訊號變動被抵銷了，因此有益於穩定訊號。

本揭露之實施範例已由說明書搭配所附圖式揭露如上，本領域具有通常知識者應能知悉，在不脫離本案發明及申請專利範圍揭露之範疇及精神的前提下，當能作些許變動、增刪及替換。

500‧‧‧光柵干涉相位感測系統

510‧‧‧光源模組

520‧‧‧光干涉相位感測模組

G‧‧‧光柵

OP1、OP2‧‧‧第一路徑、第二路徑

PBS1、PBS2、PBS3‧‧‧第一偏振分光器、第二偏振分光器、第三偏振分光器

NPBS‧‧‧無偏振分光器

M1、M2、M3‧‧‧第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡

R1、R2、R3‧‧‧第一反射面、第二反射面、第三反射面

QW1、QW2、QW3、QW4‧‧‧第一四分之一波板、第二四分之一波板、第三四分之一波板、第四四分之一波板

PD1、PD2、PD3、PD4‧‧‧第一光偵測器、第二光偵測器、第三光偵測器、第四光偵測器

LD‧‧‧光源

LT1、LT2‧‧‧第一穿透光、第二穿透光

LR1、LR2‧‧‧第一反射光、第二反射光

LI‧‧‧干涉光

Claims (33)

1. 一種光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將一干涉光分為具有一第一方向之一穿透光及具有一第二方向之一反射光，其中，上述穿透光穿透一第一四分之一波板後射至一第一偏振分光器，上述反射光依序穿透一第二四分之一波板及一第三四分之一波板後射至一第二偏振分光器；一第一光偵測器，接收穿透自上述第一偏振分光器且具有上述第一方向的光並形成一第一光強度；一第二光偵測器，接收反射自上述第一偏振分光器且具有上述第二方向的光並形成一第二光強度；一第三光偵測器，接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第二方向的光並形成一第三光強度；以及一第四光偵測器，接收反射自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光並形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器及上述第二偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的一平面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光干涉相位感測模組，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板及第三四分之一波板的快軸分別偏轉45度、90度及45度。
3. 一種光柵干涉相位感測系統，包括：一光源模組，包括：一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一 偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板再穿透上述第一偏振分光器而產生具有上述第二偏振態一第一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後射至一第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；以及一光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將上述干涉光分為具有一第一方向之一第二穿透光及具有一第二方向之第二反射光，其中，上述第二穿透光穿透一第三四分之一波板後射至一第二偏振分光器，上述第二反射光依序穿透一第四四分之一波板及一第五四分之一波板後射至一第三偏振分光器；一第一光偵測器，接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光並形成一第一光強度； 一第二光偵測器，接收反射自上述第二偏振分光器且具有上述第二方向的光並形成一第二光強度；一第三光偵測器，接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第二方向的光並形成一第三光強度；以及一第四光偵測器，接收反射自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光並形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第二偏振分光器及上述第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的一平面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板、第三四分之一波板、第四四分之一波板及第五四分之一波板的快軸分別偏轉45度、45度、45度、90度及45度。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光柵干涉相位感測系 統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。
7. 一種光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將一干涉光分為具有一第一方向之一穿透光及具有一第二方向之一反射光，其中，上述穿透光穿透一第一四分之一波板射至一第一偏振分光器，上述反射光穿透一第二四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一方向，再穿透上述第一四分之一波板後射至一第二偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第一偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第一偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的一平面，且上述第一光偵測器、上述第二光偵測器、上述第三光偵測器及上述第四光偵測器設置於上述第二方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光干涉相位感測模組，其中上述第一四分之一波板及上述第二四分之一波板的快軸分別偏轉45度及90度。
9. 一種光干涉相位感測模組，包括： 一無偏振分光器，將一干涉光分為具有一第一方向之一反射光及具有一第二方向之一穿透光，其中，上述反射光穿透一第一四分之一波板射至一第一偏振分光器，上述穿透光穿透一第二四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一方向，再穿透上述第一四分之一波板後射至一第二偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第一偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第一偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的一平面，且上述第一光偵測器、上述第二光偵測器、上述第三光偵測器及上述第四光偵測器設置於上述第二方向。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光干涉相位感測模組，其中，上述第二四分之一波板呈現傾斜而與上述無偏振分光器的一穿透反射面及上述第一反射面平行。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光干涉相位感測模組，其中上述第一四分之一波板及上述第二四分之一波板的快軸分別偏轉45度及90度。
12. 一種光柵干涉相位感測系統，包括： 一光源模組，包括：一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板再穿透上述第一偏振分光器而產生具有上述第二偏振態之一第一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後射至一第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；一光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將上述干涉光分為具有一第一方向之一第二穿透光及具有一第二方向之一第二反射光，其中，上述第二穿透光穿透一第三四分之一波板射至一第二偏振分光器；上述第二反射光穿透一第四四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一 方向，再穿透上述第三四分之一波板後射至一第三偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第三偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中上述無偏振分光器、上述第二偏振分光器、及上述第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的一平面，且上述第一光偵測器、上述第二光偵測器、上述第三光偵測器及上述第四光偵測器設置於上述第二方向。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光柵干涉相位感測系統，其中，上述第二四分之一波板呈現傾斜而與上述無偏振分光器的一穿透反射面及上述第一反射面平行。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、第二四分之一波板、第三四分之一波板及上述第四四分之一波板的快軸分別偏轉45度、45度、45度及90度。
15. 如申請專利範圍第12項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
16. 如申請專利範圍第15項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。
17. 一種光柵干涉相位感測系統，包括：一光源模組，包括：一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後射回上述第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板，再穿透上述第一偏振分光器後產生具有上述第二偏振態之一第 一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；一光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將上述干涉光分為具有一第一方向之一第二反射光及具有一第二方向之一第二穿透光，其中，上述第二反射光穿透一第三四分之一波板射至一第二偏振分光器；上述第二穿透光穿透一第四四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一方向，再穿透上述第三四分之一波板後射至一第三偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第三偏振分光 器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器及上述第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的平面，且上述光源與上述第一至第四光偵測器設置於上述第二方向。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板、上述第三四分之一波板及上述第四四分之一波板的快軸分別偏轉45度、45度、45度及90度。
19. 如申請專利範圍第17項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
20. 如申請專利範圍第19項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。
21. 一種光柵干涉相位感測系統，包括：一光源模組，包括： 一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板，再穿透上述第一偏振分光器後產生具有上述第二偏振態一第一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後射至一第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；一光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將上述干涉光分為具有一第一方向之一第二反射光及具有一第二方向之一第二穿透光，其中，上述第二反射光穿透一第三四分之一波板射至一第二偏振分光器；上述第二穿透光穿透一第四四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一方向，再穿透上述第三四分之一波板後射至一第三偏 振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第三偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器及上述第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的平面，且上述光源與上述第一至第四光偵測器設置上述第二方向。
22. 如申請專利範圍第21項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板、上述第三四分之一波板及上述第四四分之一波板的快軸分別偏轉45度、45度、45度及90度。
23. 如申請專利範圍第21項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強 度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
24. 如申請專利範圍第23項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。
25. 一種光柵干涉相位感測系統，包括：一光源模組，包括：一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板，再穿透上述第一偏振分光器後產生具有上述第二偏振態一第一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上 述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；一光干涉相位感測模組，包括：一無偏振分光器，將上述干涉光分為具有一第一方向之一第二反射光及具有一第二方向之一第二穿透光，其中，上述第二反射光穿透一第三四分之一波板射至一第二偏振分光器；上述第二穿透光穿透一第四四分之一波板後，經一第一反射面反射至上述第一方向，再穿透上述第三四分之一波板後射至一第三偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第三偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述無偏振分光器、上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器及上述第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的平面，且上述光源與上述第一至第四光偵測器 設置上述第二方向。
26. 如申請專利範圍第25項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板、上述第三四分之一波板及上述第四四分之一波板的快軸分別偏轉45度、45度、45度及90度。
27. 如申請專利範圍第25項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
28. 如申請專利範圍第27項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。
29. 一種光干涉相位感測模組，包括：一繞射式分光器，將一干涉光分為一第一輸出光束及一第二輸出光束；一平行化透鏡，將上述第一輸出光束及上述第二輸出光束平行於一第一方向後輸出，其中，上述平行於上述第一方向之上述第一輸出光束穿透一第一四分之一波板後射至一第一偏振分光器，上述平行於上述第一方向之上述第二輸出光束依序 穿透一第二四分之一波板及上述第一四分之一波板後射至一第二偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第一偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第一偏振分光器，並被一第一反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第二偏振分光器，並再被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述第一偏振分光器及上述第二偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的平面，且上述第一光偵測器、上述第二光偵測器、上述第三光偵測器及上述第四光偵測器設置於上述第二方向。如申請專利範圍第29項之光干涉相位感測模組，其中上述第一四分之一波板及上述第二四分之一波板的快軸分別偏轉45度及90度。
30. 一種光柵干涉相位感測系統，包括：一光源模組，包括：一光源，產生一線偏振光；一第一偏振分光器，將上述線偏振光分為具有一第一偏振態之一第一反射光及具有一第二偏振態之一第一穿透光，其中上述第一反射光穿透一第一四分之一波板後射至一第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後沿一第一路徑射至一光柵，經上述光柵繞射後沿上述第一路徑射回上述 第一反射鏡，經上述第一反射鏡反射後穿透上述第一四分之一波板再穿透上述第一偏振分光器而產生具有上述第二偏振態一第一干涉成分光；上述第一穿透光穿透一第二四分之一波板後射至一第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後射至一第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後沿一第二路徑射至上述光柵，經上述光柵繞射後沿上述第二路徑射回上述第三反射鏡，經上述第三反射鏡反射後射回第二反射鏡，經上述第二反射鏡反射後穿透上述第二四分之一波板，再經上述第一偏振分光器反射後產生具有上述第一偏振態之一第二干涉成分光，上述第一干涉成分光及上述第二干涉成分光互相干涉而產生一干涉光；一光干涉相位感測模組，包括：一繞射式分光器，將上述干涉光分為一第一輸出光束及一第二輸出光束；一平行化透鏡，將上述第一輸出光束及上述第二輸出光束平行於一第一方向後輸出，其中，上述平行於上述第一方向之上述第一輸出光束穿透一第三四分之一波板後射至一第二偏振分光器，上述平行於上述第一方向之上述第二輸出光束依序穿透一第四四分之一波板及上述第三四分之一波板後射至一第三偏振分光器；一第一光偵測器接收穿透自上述第二偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第一光強度；一第二光偵測器接收反射自上述第二偏振分光 器，並被一第二反射面反射至上述第一方向的光而形成一第二光強度；一第三光偵測器接收穿透自上述第三偏振分光器且具有上述第一方向的光而形成一第三光強度；以及一第四光偵測器接收反射自上述第三偏振分光器，並再被一第三反射面反射至上述第一方向的光而形成一第四光強度，其中，上述第一偏振分光器、上述第二偏振分光器及第三偏振分光器共同設置於上述第一方向及上述第二方向構成的平面，且上述第一光偵測器、上述第二光偵測器、上述第三光偵測器及上述第四光偵測器位於上述第二方向。
31. 如申請專利範圍第30項所述之光柵干涉相位感測系統，更包括：一相位解調模組，包括：一差動放大器，將上述第一光強度減去上述第二光強度而產生一第一訊號，上述第三光強度減去上述第四光強度而產生與上述第一訊號正交之一第二訊號；以及一訊號處理電路，將上述第一訊號除以上述第二訊號，然後將上述相除所得結果取反正切函數而得到上述第一至第四光強度的相位。
32. 如申請專利範圍第30項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一四分之一波板、上述第二四分之一波板、上述第三四分之一波板及上述第四四分之一波板的快軸分別偏 轉45度、45度、45度及90度。
33. 如申請專利範圍第31項所述之光柵干涉相位感測系統，其中上述第一光強度、上述第四光強度、上述第二光強度及上述第三光強度的相位依序相差一預設角度。