TWI390184B - 位移量測系統及其方法 - Google Patents

Description

位移量測系統及其方法

本發明是有關於一種光學量測系統及其方法，且特別是有關於一種二維奈米級位移量測系統及其方法。

一般而言，應用光柵的位移量測系統係將同調光入射至週期性光柵，而產生多個繞射光束。部分繞射光束與參考光束互相干涉而形成具有週期性的干涉條紋。因此，當光柵移動時，藉由觀察上述干涉條紋的變化來計算光柵之位移量。然而，在相關技術發展初期，此種位移量測系統侷限於當時光柵的製造技術，因而僅可作一維位移量的量測。

隨著相關技術的發展，多維度的位移量測系統逐漸被提出。例如，美國專利公告號第5,666,196號所提出的位移量測系統，將每一維度的位移量分別用其對應的預設週期之光柵來做對準標記，以記錄實際之位移量。另外，美國專利公告號第5,493,397號所提出的位移量測系統，藉由偵測每一維度干涉條紋的強度變化，以推得每個維度實際的位移量。

在上述多維度的位移量測系統中，每一維度都需要多個光感測器來讀取干涉條紋的強度，以換算成實際的位移量。然而，在實際應用上，每一維度都設置多個光感測器會增加光學系統的複雜度及製作成本。再者，使用多個光感測器的位移量測系統在實際的應用上亦有其困難度。

本發明提供一種位移量測系統，其使用一個光感測器同時量測二維之位移量及旋轉量，可降低系統的製作成本及複雜度。

本發明提出一種位移量測方法，應用上述位移量測系統同時量測二維之位移量及旋轉量，可降低系統的製作成本及複雜度。

本發明提供一種位移量測系統，其包括一同調光源、一二維光柵、一光感測器及一訊號處理裝置。同調光源適於發出一同調光。二維光柵配置於同調光之傳遞路徑上，以使同調光入射至二維光柵後，產生一零階光束及多個一階繞射光束。其中，一階繞射光束包括一第一一階繞射光束及一第二一階繞射光束。光感測器接收零階光束及一階繞射光束，其中零階光束分別與第一一階繞射光束及第二一階繞射光束在光感測器上形成不同方向的干涉條紋。訊號處理裝置記錄不同方向的干涉條紋之圖形。當二維光柵移動時，藉由計算不同方向的干涉條紋之相位差，而獲得二維光柵於對應方向上的位移量。

在本發明之一實施例中，當二維光柵旋轉時，上述之位移量測系統藉由一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得二維光柵的旋轉量。

在本發明之一實施例中，上述之位移量測系統更包括多個反射元件。反射元件使零階光束及一階繞射光束轉向而入射至光感測器。

在本發明之一實施例中，上述之位移量測系統更包括多個光調變器。光調變器分別配置於零階光束及一階繞射光束的傳遞路徑上，以調整零階光束及一階繞射光束入射光感測器的強度。

在本發明之一實施例中，上述之零階光束與第一一階繞射光束在光感測器上形成一第一方向的干涉條紋，而零階光束與第二一階繞射光束在光感測器上形成一第二方向的干涉條紋，其中第一方向及第二方向正交。

在本發明之一實施例中，上述之二維光柵為一二維週期性基板。

在本發明之一實施例中，上述之同調光的波長小於二維週期性基板之晶格點的間距。

在本發明之一實施例中，上述之二維週期性基板之晶格點的間距小於或等於一微米。

在本發明之一實施例中，上述之二維週期性基板為六角型週期性排列的光子晶體。

本發明提出一種位移量測方法，其包括下列步驟。首先，提供一二維光柵。接著，入射一同調光於二維光柵而產生一零階光束及多個一階繞射光束，其中一階繞射光束包括一第一一階繞射光束及一第二一階繞射光束。之後，藉由一光感測器接收零階光束及一階繞射光束，其中零階光束分別與第一一階繞射光束及第二一階繞射光束在光感測器上形成不同方向的干涉條紋。因此，當二維光柵移動時，計算不同方向的干涉條紋之相位差，便可得到二維光柵於對應方向上的位移量。

在本發明之一實施例中，上述之位移量測方法的步驟更包括在藉由光感測器接收零階光束及一階繞射光束的步驟之前，反射零階光束及一階繞射光束，而使其入射至光感測器。

在本發明之一實施例中，上述之位移量測方法的步驟更包括在藉由光感測器接收零階光束及一階繞射光束的步驟之前，調整零階光束及一階繞射光束入射光感測器的強度。

基於上述，本發明之實施例的位移量測系統使用一個光感測器來感測干涉條紋的變化，並利用干涉條紋之相位差計算出二維光柵於對應方向上的位移量。此外，本發明之實施例的位移量測系統還可根據一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得二維光柵的旋轉量。因此，本發明之實施例的位移量測系統僅使用一個光感測器，便可同時量測二維之位移量及旋轉量，不僅降低系統的複雜度，並降低其製作成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例所繪示之位移量測系統架構示意圖。請參照圖1，本實施例之位移量測系統100包括一同調光源102、一屏幕103、一二維光柵104及球面透鏡F。

同調光源102適於發出一同調光L。二維光柵104配置於同調光L之傳遞路徑上，以使同調光L入射於二維光柵104後，而產生一零階光束b₀ 及多個一階繞射光束，並投射於屏幕103上形成繞射圖形。其中，一階繞射光束包括一第一一階繞射光束b₁ 及一第二一階繞射光束b₂ 。

詳細而言，在本實施例中，同調光源102例如是一波長為633奈米的氦氖雷射(633-nm He-Ne laser)，其適於發出633奈米的同調雷射光L。雷射光L通過焦距為125毫米的球面透鏡F，聚焦在二維光柵104上並產生繞射圖形。在本實施例中，二維光柵104例如是一六角型週期性排列的光子晶體基板(hexagonal photonic crystal glass，HPCG)。

圖2A為本發明一實施例所繪示之光子晶體基板結構示意圖。請參照圖2A，光子晶體基板104的晶格點P為週期性排列。每一晶格點P在x方向上的間距大小為d_x ，而在y方向上的間距大小為d_y 。在本實施例中，光子晶體基板104的製備方式，係先在玻璃基板上緊密地排列單層奈米小球，再蝕刻玻璃基板而形成。

圖2B是雷射光L入射於光子晶體基板104後，於屏幕103上所產生的繞射圖形。請參照圖2B，中心光點P’₀ 為零階光束b₀ 所產生，而周圍環繞的六個繞射光點P’₁ ~P’₆ 分別為對應的一階繞射光束所產生。因此，當光子晶體基板104旋轉時，位移量測系統100藉由屏幕103上繞射圖形的旋轉角度，而可得光子晶體基板104的旋轉量。例如，當光子晶體基板104以z方向為轉軸往逆時鐘方向旋轉60°時，則在圖2B中的一階繞射光點P’₁ ~P’₆ 亦往逆時鐘方向旋轉60°，如圖2C所示。圖2C為光子晶體基板104以z方向為轉軸，往逆時鐘方向旋轉60°後所得的繞射圖形。請參照圖2C，在光子晶體基板104往逆時鐘方向旋轉60°後，中心光點P’₀ 仍保持在繞射圖形中央不變，但周圍環繞的六個繞射光點P’₁ ~P’₆ 的位置顯然與光子晶體基板104旋轉前不同。例如，在光子晶體基板104往逆時鐘方向旋轉60°後，圖2B中光點P’₁ 的位置現為光點P’₆ ，而圖2B中光點P’₆ 的位置現為光點P’₅ 。也就是說，相對於圖2B中光點P’₁ ~P’₆ 的位置而言，圖2C中光點P’₁ ~P’₆ 的位置均以z方向為轉軸往逆時鐘方向旋轉60°。

因此，藉由圖2B中周圍環繞的光點P’₁ ~P’₆ 相對於中心光點P’₀ 旋轉角度，可推知光子晶體基板104的旋轉量。也就是說，位移量測系統100可根據一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得二維光柵104的旋轉量。

在本實施例中，光子晶體基板104的透射率t (x ,y )可以如下公式(1)所示：

其中，t (x ,y )為光子晶體基板的透射率，d_x 及d_y 分別為晶格點P在x方向及y方向上的間距大小(如圖2A所示)，而g (x ,y )為單位晶格的穿透率。

光子晶體基板104的透射率t (x ,y )經傅立葉轉換後，如下公式(2)所示：

其中f_x 及f_y 分別為繞射光點在x方向及y方向上的間距大小(如圖2B所示)，而函數G為g (x ,y )的傅立葉轉換函數。此外，公式(2)除了表示透射率t (x ,y )的傅立葉轉換函數u _f (f _x ,f _y )外，同時也是繞射光束的遠場繞射波函數。

由此可知，六角型週期性排列的光子晶體基板在同調雷射光L入射後所產生的弗勞恩霍夫(Fraunhofer)遠場繞射圖形，即為其基板結構經傅立葉轉換後所得的圖形。例如，圖2B的零階及一階繞射圖形為圖2A的光子晶體基板104的排列結構經傅立葉轉換(Fourier transform)後所得的圖形。此外，由圖2B可知，六角型週期性排列的光子晶體基板104的結構經傅立葉轉換後亦為六角型週期性排列的結構。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之位移量測系統架構示意圖。請參照圖3，本實施例之位移量測系統300包括一同調光源302、一二維光柵304、一光感測器306、一訊號處理裝置308、多個球面透鏡F₀ 、F₁ 、F₂ 、F、多個反射元件M₀ 、M₁ 、M₂ 及麥克森干涉儀(Michelson interferometer)310。另外，在圖3與圖1中相同或相似的元件標號代表相同或相似的元件，本實施例中便不再贅述。

在本實施例中，同調光源302發出波長為633奈米的雷射光L，在通過球面透鏡F之後，聚焦在六角型週期性排列的光子晶體基板304上並產生一零階光束b₀ 及多個一階繞射光束。其中，一階繞射光束包括一第一一階繞射光束b₁ 及一第二一階繞射光束b₂ 。

底下，將以零階光束b₀ 、第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 為例，說明當光子晶體基板304移動時，位移量測系統300如何利用繞射光束b₀ 、b₁ 、b₂ 的干涉條紋之相位差來計算出光子晶體基板304於對應方向上的位移量。

圖4A為零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 在光感測器306上所形成的干涉條紋，而此干涉條紋沿著x方向排列。圖4B為圖4A的干涉條紋在x方向上的強度分布圖。圖4C為圖4A的干涉條紋在x方向上的相位(phase)分布圖。

請參考圖3及圖4A，以零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 為例，在雷射光L入射至光子晶體基板304並產生繞射光束後，零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 分別通過球面透鏡F₀ 、F₁ ，而聚焦在反射元件M₀ 、M₁ 上。接著，反射元件M₀ 、M₁ 分別使零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 轉向而入射至光感測器306。

在本實施例中，反射元件M₁ 例如是可將大部份第一一階繞射光束b₁ 反射至光感測器306的反射鏡。而反射元件M₀ 例如是具有穿透率為50%的反射鏡，以讓部份第一一階繞射光束b₁ 穿透至光感測器306，而將部份零階光束b₀ 反射至光感測器306。

在本實施例中，光感測器306為一440×480的單色電容耦合元件(charge coupled device，CCD)，其畫素寬度為7.15微米(7.15-μm)，用以進行干涉條紋的感測。零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 在入射至光感測器306之後，於光感測器306上形成沿x方向分布的干涉條紋，如圖4A所示。接著，耦接至光感測器306的訊號處理裝置308便記錄零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 所形成的干涉條紋。

任何所屬技術領域中具有通常知識者當知，圖4A所繪示之零階光束b₀ 及第一一階繞射光束b₁ 於光感測器306上形成沿x方向排列的干涉條紋僅用以示例，本發明並不限定於此。

圖5A為零階光束b₀ 及第二一階繞射光束b₂ 在光感測器306上所形成的干涉條紋，而此干涉條紋沿著y方向排列。圖5B為圖5A的干涉條紋在y方向上的強度分布圖。圖5C為圖5A的干涉條紋在y方向上的相位(phase)分布圖。

請參考圖3及圖5A，類似地，在雷射光L入射至光子晶體基板304並產生繞射光束後，第二一階繞射光束b₂ 通過球面透鏡F₂ ，而聚焦在反射元件M₂ 上。接著，反射元件M₂ 使第二一階繞射光束b₂ 轉向而入射至光感測器306。第二一階繞射光束b₂ 在入射至光感測器306之後，於光感測器306上與零階光束b₀ 形成沿著y方向分布的干涉條紋，如圖5A所示。之後，耦接至光感測器306的訊號處理裝置308便記錄零階光束b₀ 及第二一階繞射光束b₂ 所形成的干涉條紋。

在本實施例中，反射元件M₂ 例如是具有穿透率為50%的反射鏡，以讓部份零階光束b₀ 及部份第一一階繞射光束b₁ 穿透至光感測器306，而將部份第二一階繞射光束b₂ 反射至光感測器306。

任何所屬技術領域中具有通常知識者當知，圖5A所繪示之零階光束b₀ 及第二一階繞射光束b₂ 於光感測器306上形成沿y方向排列的干涉條紋僅用以示例，本發明並不限定於此。而且，於實際應用時，光感測器306實質上同時感測圖4A及圖5A所繪示的干涉條紋。當然，本實施例之位移量測系統300並不限定於感測兩個沿著正交方向排列的干涉條紋。

圖6為零階光束b₀ 、第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 在光感測器306上所形成的干涉條紋。請參考圖6，在本實施例中，零階光束b₀ 、第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 在光感測器306上所形成的干涉圖案為棋盤式(chessboard-like)的干涉圖案。值得注意的是，本實施例之位移量測系統300僅使用一個光感測器306即可同時感測繞射光束在不同方向形成的干涉圖案，不僅降低量測系統的複雜度，並降低其製作成本。

當光子晶體基板304移動時，遠場繞射波函數的相位部分記錄了位移量。光感測器306可感測干涉條紋的變化，並利用訊號處理裝置308計算干涉條紋之相位差，而得到光子晶體基板304於對應方向上的位移量。

詳細而言，如果光子晶體基板304二維之位移同時產生，則遠場的繞射波函數u _f '(f _x ,f _y )如下公式(3)所示：

其中u _{0 f} (f _x ,f _y )、u _1f (f _x ,f _y )及u _{2 f} (f _x ,f _y )分別為零階光束b₀ 、第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 的遠場的繞射波函數，而δ₀ 、δ₁ 及δ₂ 分別為光子晶體基板304移動前和移動後，零階光束b₀ 、第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 的相位移。

當光子晶體基板304移動時，雖然干涉條紋的形狀不變，然而光子晶體基板304移動前後的位移量已記錄在遠場繞射波函數的相位部分。因此，將第一一階繞射光束b₁ 及第二一階繞射光束b₂ 分別與零階光束b₀ 相干涉，則記錄在遠場繞射波函數的相位部分之位移量，可由對應的干涉條紋之相位分布中推算出來。

以圖4A中沿著x方向排列的干涉條紋為例，請同時參考圖3及圖4A-4C。在圖4A中，光子晶體基板304移動前，干涉亮紋的波前A的強度及相位分別對應於圖4B及4C中的波峰A_I 及頂點A_θ 。在光子晶體基板304移動後，雖然干涉條紋的形狀不變，但干涉亮紋的波前A已右移至干涉亮紋的波前A’，此時干涉亮紋的波前A’的強度及相位分別對應於圖4B及4C中的波峰A’_I 及頂點A’_θ 。因此，光感測器306感測在圖4A中的干涉條紋之變化，並利用訊號處理裝置308計算干涉條紋之相位差δ₁ ，而得到光子晶體基板304於x方向上的位移量x₁ 。

類似地，請同時參考圖3及圖5A-5C，光感測器306在感測圖4A中的干涉條紋的變化時，即同時感測圖5A中的干涉條紋之變化，並利用訊號處理裝置308計算干涉條紋之相位差δ₂ ，而得到光子晶體基板304於y方向上的位移量y₁ 。

在本實施例中，圖4A及圖5A的干涉條紋分別經由訊號處理裝置308作傅立葉轉換後取得頻譜圖。接著，訊號處理裝置308過濾函數中實部分量的雜訊。之後，訊號處理裝置308再對傅立葉轉換後的函數作傅立葉反轉換，即可得到如圖4B及圖5B所繪示之週期性曲線。而相位差δ₁ 及δ₂ 則分別取決於訊號處理後，複數函數的相位角。

表一為位移量測系統300量測光子晶體基板304的位移量的統計資料表。在表一中，每個相位差的取樣數目為50次。在本實施例中，光子晶體基板304的晶格點間距約為1357奈米(nm)。

由表一可知，光子晶體基板304移動時，訊號處理裝置308計算所得的位移量，與麥克森干涉儀實際讀取到的位移量相較，其標準差均在標準的範圍內。因此，本實施例之位移量測系統300具有相當高的精準度，可準確到奈米等級。

圖7繪示光子晶體基板304旋轉前(旋轉0°)與旋轉後(旋轉60°)，平均移動距離與週期數的關係圖。請同時參照圖2A及圖7，在本實施中，光子晶體基板304的排列方式如圖2A所示，且光子晶體基板304的晶格點間距約為1357奈米(nm)。由於光子晶體基板304為六角型週期性排列，因此當光子晶體基板304旋轉60°後，與旋轉前比較，晶格點排列的週期仍然保持不變。

本發明除了以上的位移量測系統以外，也提供一種位移量測方法。

圖8為本發明一實施例之位移量測系統300的位移量測方法的步驟流程圖。請參考圖8，首先，於步驟S802中，提供一光子晶體基板。接著，於步驟S804中，入射一同調光於光子晶體基板而產生一零階光束及多個一階繞射光束。之後，於步驟S806中，利用一光感測器接收零階光束及一階繞射光束，並於光感測器上形成不同方向的干涉條紋。最後，於步驟S808中，當光子晶體基板移動時，計算不同方向的干涉條紋之相位差，而獲得光子晶體基板於對應方向上的位移量。此方法可以由以上實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

綜上所述，本發明之實施例的位移量測系統使用一個光感測器同時感測繞射光束在不同方向形成的干涉條紋，並利用訊號處理裝置計算干涉條紋之相位差，進而獲得二維光柵於對應方向上的位移量。此外，訊號處理裝置計算所得的位移量，與麥克森干涉儀實際讀取到的位移量相較，其標準差均在標準的範圍內。因此，使用本發明之實施例的位移量測系統不僅可以降低量測成本，其精準度更可準確至奈米等級。在另一實施例中，位移量測系統還可根據一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得二維光柵的旋轉量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300．．．位移量測系統

102、302．．．同調光源

103．．．屏幕

104、304．．．二維光柵、光子晶體基板

306．．．光感測器

308．．．訊號處理裝置

310．．．麥克森干涉儀

b₀ ．．．零階光束

b₁ ．．．第一一階繞射光束

b₂ ．．．第二一階繞射光束

F、F₀ 、F₁ 、F₂ ．．．球面透鏡

L．．．同調光

P．．．晶格點

P’₀ ~P’₆ ．．．繞射光點

d_x 、d_y 、f_x 、f_y ．．．間距

M₀ 、M₁ 、M₂ ．．．反射元件

δ₁ 、δ₂ ．．．相位差

x₁ 、y₁ ．．．位移量

A、A’、B、B’．．．波前

A_I 、A’_I 、B_I 、B’_I ．．．波峰

A_θ 、A’_θ 、B_ψ 、B’_ψ ．．．頂點

S802、S804、S806、S808．．．步驟

圖1為本發明一實施例所繪示之位移量測系統架構示意圖。

圖2A為本發明一實施例所繪示之光子晶體基板結構示意圖。

圖2B是雷射光入射於光子晶體基板後，於屏幕上所產生的繞射圖形。

圖2C為光子晶體基板以z方向為轉軸，往逆時鐘方向旋轉60°後所得的繞射圖形。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之位移量測系統架構示意圖。

圖4A為零階光束及第一一階繞射光束在光感測器上所形成的干涉條紋，而此干涉條紋沿著x方向排列。

圖4B為圖4A的干涉條紋在x方向上的強度分布圖。

圖4C為圖4A的干涉條紋在x方向上的相位分布圖。

圖5A為零階光束及第二一階繞射光束在光感測器上所形成的干涉條紋，而此干涉條紋沿著y方向排列。

圖5B為圖5A的干涉條紋在y方向上的強度分布圖。

圖5C為圖5A的干涉條紋在y方向上的相位分布圖。

圖6為零階光束、第一一階繞射光束及第二一階繞射光束在光感測器上所形成的干涉條紋。

圖7繪示光子晶體基板旋轉前與旋轉後，平均移動距離與週期數的關係圖。

圖8為本發明一實施例之位移量測系統的位移量測方法的步驟流程圖。

300．．．位移量測系統

302．．．同調光源

304．．．二維光柵、光子晶體基板

306．．．光感測器

308．．．訊號處理裝置

310．．．麥克森干涉儀

b₀ ．．．零階光束

b₁ ．．．第一一階繞射光束

b₂ ．．．第二一階繞射光束

F、F₀ 、F₁ 、F₂ ．．．球面透鏡

L．．．同調光

M₀ 、M₁ 、M₂ ．．．反射元件

Claims (16)

1. 一種位移量測系統，包括：一同調光源，適於發出一同調光；一二維光柵，配置於該同調光之傳遞路徑上，使該同調光入射該二維光柵而產生一零階光束及多個一階繞射光束，其中該些一階繞射光束包括一第一一階繞射光束及一第二一階繞射光束；一光感測器，接收該零階光束及該些一階繞射光束，其中該零階光束分別與該第一一階繞射光束及該第二一階繞射光束在該光感測器上形成不同方向的干涉條紋；以及一訊號處理裝置，記錄各該不同方向的干涉條紋之圖形，當該二維光柵移動時，藉由計算各該不同方向的干涉條紋之相位差，而獲得該二維光柵於對應方向上的位移量，其中當該二維光柵旋轉時，該位移量測系統藉由該些一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得該二維光柵的旋轉量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之位移量測系統，更包括多個反射元件，使該零階光束及該些一階繞射光束轉向而入射至該光感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之位移量測系統，更包括多個光調變器，分別配置於該零階光束及該些一階繞射光束的傳遞路徑上，以調整該零階光束及該些一階繞射光束入射該光感測器的強度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之位移量測系統，其中 該零階光束與該第一一階繞射光束在該光感測器上形成一第一方向的干涉條紋，而該零階光束與該第二一階繞射光束在該光感測器上形成一第二方向的干涉條紋，且該第一方向及該第二方向正交。
5. 如申請專利範圍第1項所述之位移量測系統，其中該二維光柵為一二維週期性基板。
6. 如申請專利範圍第5項所述之位移量測系統，其中該同調光的波長小於該二維週期性基板之晶格點的間距。
7. 如申請專利範圍第5項所述之位移量測系統，其中該二維週期性基板之晶格點的間距小於或等於一微米。
8. 如申請專利範圍第5項所述之位移量測系統，其中該二維週期性基板為六角型週期性排列的光子晶體。
9. 一種位移量測系統的位移量測方法，包括：提供一二維光柵；入射一同調光於該二維光柵而產生一零階光束及多個一階繞射光束，其中該些一階繞射光束包括一第一一階繞射光束及一第二一階繞射光束；藉由一光感測器接收該零階光束及該些一階繞射光束，其中該零階光束分別與該第一一階繞射光束及該第二一階繞射光束在該光感測器上形成不同方向的干涉條紋；以及當該二維光柵移動時，計算各該不同方向的干涉條紋之相位差，而獲得該二維光柵於對應方向上的位移量，其中當該二維光柵旋轉時，藉由該些一階繞射光束之繞射圖形的旋轉角度，而獲得該二維光柵的旋轉量。
10. 如申請專利範圍第9項所述之位移量測方法，其中，在藉由該光感測器接收該零階光束及該些一階繞射光束的步驟之前，更包括：反射該零階光束及該些一階繞射光束，而使其入射至該光感測器。
11. 如申請專利範圍第9項所述之位移量測方法，其中，在藉由該光感測器接收該零階光束及該些一階繞射光束的步驟之前，更包括：調整該零階光束及該些一階繞射光束入射該光感測器的強度。
12. 如申請專利範圍第9項所述之位移量測方法，其中該零階光束與該第一一階繞射光束在該光感測器上形成一第一方向的干涉條紋，而該零階光束與該第二一階繞射光束在該光感測器上形成一第二方向的干涉條紋，且該第一方向及該第二方向正交。
13. 如申請專利範圍第9項所述之位移量測方法，其中該二維光柵為一二維週期性基板。
14. 如申請專利範圍第13項所述之位移量測方法，其中該同調光的波長小於該二維週期性基板之晶格點的間距。
15. 如申請專利範圍第13項所述之位移量測方法，其中該二維週期性基板之晶格點的間距小於或等於一微米。
16. 如申請專利範圍第13項所述之位移量測方法，其中該二維週期性基板為六角型週期性排列的光子晶體。