高精度光学测量微位移关键技术综述.doc

高精度光学测量微位移技术综述*（*大学光电*学院，重庆 400065）摘 要微位移测量技术在科学与工业技术领域应用广泛。光学测量微位移技术与老式测量办法相比，具备敏捷度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、防爆、构造简朴、体积小、重量轻等长处。本文简介了几种高精度光学测量微位移办法，从激光三角法、激光干涉法、光栅尺法、光纤光栅法、X射线干涉法和F-P干涉法几种类别对各种微位移测量原理和仪器进行了系统分析和比较，并对各种办法特点进行了归纳，对光学微位移测量办法发展趋势进行了概括。核心词：微位移测量，高精度，光学测量，发展趋势1 引 言随着科学技术发展，微小位移检测手段已发展到各种，测量精确度也不断提高。当前，高辨别力微位移测量技术重要分为包括电学、显微镜等测量办法非光学测量技术和以激光干涉测量为代表光学测量技术两大类。电学测量技术又涉及电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为惯用。当前，三端电容传感器可测出5105m微位移，最大稳定性为每天漂移几种皮米1。而显微镜测量技术种类较多，重要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜（涉及扫描隧道显微镜和原子力显微镜）等二十各种品种2。按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量3、光杠杆法1,4、光栅尺测量法5、光纤位移测量法5和激光干涉法等，测量辨别力在几十皮米到几纳米之间。此外，运用X射线衍射效应进行位移测量X射线干涉技术近年来备受关注，其最大特点是以晶格构造中原子间距作为溯源原则，可实现皮米量级高辨别力，避免了光学干涉仪各种非线性误差6。现将重要具备纳米量级及以上辨别力微位移测量技术概括如表1所示。纵观位移测量技术发展历程，如果说扫描探针技术为高辨别力位移测量领域带来了革命性变革，那么近几十年来激光技术发展则将该领域带入了一种崭新时代。由表1可见，当前电容传感器和SPM测量辨别力也很高，但它们共同缺陷是当溯源至国际原则长度单位时，必要借助激光干涉仪等办法进行标定和校准。依照1983年第17次度量大会对“米”新定义，激光干涉法对几何量值溯源有着天然优越性，同步具备非接触测量、辨别力高、测量速度快等优势。本文将对当前重要光学微位移测量技术简介和比较分析。表1 惯用微位移测量技术仪器种类辨别力/nm测量范畴电容传感器0.05-210nm-300m电感传感器510mSPM0.051-10m激光三角测头2.5100-500m光纤位移传感器2.530-100m双频激光干涉仪0.110m光栅尺0.1-1070-200mmX射线干涉仪0.005200mF-P干涉仪0.0015nm-300m2 光学微位移测量技术概述2.1 激光三角法微位移测量技术随着工业测量领域不断扩展以及对测量精度和测量速度不断提高，老式接触式测量已经无法满足工业界需求。而非接触测量由于其良好精准性和实时性，已经成为测量领域热点。同步由于电子学和光学技术飞速发展，光电检测已经成为非接触测量一种重要办法。激光三角法是光电检测技术一种，由于该办法具备构造简朴、测试速度快、实时解决能力强、使用灵活以便等长处在工业中长度、距离以及三维形貌等检测中有着广泛应用。2.1.1 激光三角法微位移测量原理在激光三角法中，由光源发出一束激光照射在待测物体平面上，通过反射最后在检测器上成像。当物体表面位置发生变化时，其所成像在检测器上也发生相应位移。通过像移和实际位移之间关系式，真实物体位移可以由对像移检测和计算得到。激光三角法框图如图1所示。其中，是投影光轴与成像物镜光轴夹角，是光电探测器受光面与成像物镜光轴夹角，而s和s分别是物距和像距，d是传感器上成像点偏移，而为实际物体表面偏移，系统有关参数为偏置距离，D为从传感器到被测表面参照点距离；测量范畴为最大能检测到物体表面偏移，即最大值；测量精度为传感器最小测量单位；辨别率普通指测量纵向辨别率，为测量精度和测量范畴之比；横向辨别率为待测物体表面上所取测量点最小间距。图1 激光三角法原理图为了实现完美聚焦，光路设计必要满足斯凯普夫拉格条件；成像面、物面和透镜主面必要相交于同始终线，如图1中X点所示。系统非线性输入输出函数为： (1)又可以写为： (2)激光三角法另一项重要参数为线性度，就是三角测量法输入和输出关系线性近似限度。可以证明，在三角测量中，可以通过缩小测量范畴，增大接受透镜共轭矩，增大三角测量系统角度，缩小接受透镜放大倍率，达到线性测量成果7。此外，由(1)式对d求导，得到输入输出曲线斜率，即激光三角法放大倍率： (3)系统放大倍率决定了系统辨别率，而放大倍率不但取决于系统参数，还是像移d函数。激光三角传感器特性分析及研究现状激光三角传感器重要长处有：(1)与非接触测量相比，它解决了接触测量中接触侧头与工件之间接触压力；解决了接触侧头半径较大带来横向辨别率问题；提高了检测速度(kHz极，而接触式测量为1Hz左右)8。(2)与其他非接触办法相比：具备大偏置距离和大测量范畴，对待测表面规定较低，而离焦检测法和光干涉法等普通只能测量非常光滑表面。此外，三角测量法还具备如下特点：采用半导体激光器，测量仪器体积较小9；激光方向性好，光功率高，从而使测量仪器辨别率高、稳定性，测量精度高；与计算机结合，形成智能测试系统；在生产现场实当前线检测；合用范畴广10。2.1.2 激光三角测头基本原理激光三角测头重要包括半导体激光器、汇聚透镜、接受透镜、光电探测器件CCD及后续解决电路。 图2 激光三角侧头光路图如图2所示，依照几何光学原理： (4) (5) (6)消去X，Y： (7)即像点运动轨迹也为一条直线。同步也得到了角与角之间关系式： (8)当像点下移至无限远时，物点产生距离为D1： (9)物点下移至无限远时，像面上产生距离为D2： (10)对公式（4）进行微分求得测头辨别率： (11)2.1.3 激光三角法微位移测量发展趋势入射光束焦深限制：普通高斯光束聚焦为入射光时，会浮现光斑尺寸随测量范畴变大而离焦变大状况，使系统很难满足高辨别率和大测量范畴规定。当采用CCD为检测器时，相应改进办法是采用重心法取CCD输出矩形脉冲中心位置；而采用PSD为检测器时可以较好避免光斑形状影响，但仍会影响系统辨别率。在文献11中提出采用无衍射光束作为光源解决这个问题。由于被测表面阶越，例如孔或者缝，使得传感器无法接受到反射或漫反射光。解决办法有采用旋转对称性光学三角传感器10。被测面由于颜色、材料、粗糙度、光学性质以及表面形状等方面差别导致同一光源入射时，物体表面对光反射和吸取限度不同，特别是由于物体表面粗糙度和折射率等因素引起成像光斑或光条有像差。改进办法有，使测量工作平面(由传感器入射透镜和接受透镜光轴决定平面)平行于待测表面纹理，可接受到足够光强，有助于提高测量辨别率。温度，湿度和机械振动等环境噪声，会影响三角测量法中系统参数。除了通过较好标定办法提高系统精度，还可以采用双无衍射光束作为光源提高系统抗噪性12；采用完全对称双面双光路系统设计。通过和智能控制系统联合，同步开发更好更快解决算法，以求最大限度实现光电三角法柔性测量，在德国米铱测试技术公司所提出采用激光三角位移传感器optoNCDT2200中已经实现了实时被测物体表面特性差别补偿。22 激光干涉法微位移测量技术激光干涉位移测量技术是以激光波长为基准，通过干涉原理对位移进行测量技术。按照工作原理不同，重要有双光束干涉和多光束干涉两种类型。迈克尔逊干涉仪或类似构造是双光束激光干涉仪重要构造形式，广泛应用于各种位移测量场合，它又分为零差干涉仪和外差干涉仪两大类。而多光束干涉仪重要指法布里珀罗干涉仪（下文简称法珀干涉仪），它重要用于高辨别力微位移测量。此外尚有其他某些构造类型及相应改进型激光干涉仪。2.2.1 激光干涉仪分类及测量原理（1）零差激光干涉仪零差干涉仪是一种较简朴位移测量干涉仪形式，图3为基于迈克尔逊干涉仪构造零差干涉仪示意图。图3 零差干涉仪示意图由稳频激光器发出光被分光棱镜分为测量光束和参照光束，测量镜发生位移时会引起光程差变化，通过观测干涉条纹移动量或由干涉条纹强度分布得到相位变化即得到被测位移，基本测长公式即： (12)其中N是光电接受器接受到干涉场固定点明暗变化次数。在信号解决时加入移相系统，还可以实现位移方向鉴别。零差干涉仪构造简朴，应用较为广泛。虽然光学倍程、电子倍频、干涉条纹细分等技术发展使零差干涉仪测量精度大为提高，但因受各种误差因素限制，老式干涉测量辨别力只能达到/10/20。零差干涉仪有个最大缺陷是光电接受器后前置放大器只能用直流放大器，对激光器频率稳定度和测量环境（温度、振动等）规定很高，测量时不容许干涉仪两臂光强有较大变化。（2外差激光干涉仪外差干涉仪是采用品有一定频差f双频光束作为载波信号干涉仪，其典型构造如图4所示，测量镜位移产生多普勒频移使得参照光束和测量光束拍频信号变化，通过测量由f变化引起条纹变化量或位相变化量，即得被测位移。 图4 外差干涉仪示意图 由于虽然测量镜不发生位移，干涉仪仍保存f交流信号，因而光电接受器后前置放大器可用交流放大器，可有效抑制外界环境引起直流漂移及大某些随机噪声，提高检测精确度和重复性。同步若选用高放大倍数交流放大器还可大大减少对光强规定。当前，外差干涉仪位移测量辨别力已达到0。1nm。由于外差干涉仪抗干扰能力较强，合用于现场作业，应用非常广泛。但老式外差干涉仪不可避免地存在由偏振分光镜分光性能不抱负引起偏振态和频率混合现象，从而引起非线性测量误差，针对这一缺陷，Wu等人设计了如图4所示差动式外差干涉仪，它运用声光调制晶体实现了两个不同偏振态和频率光束完全分开，避免了上述非线性测量误差13。2.2.2 激光干涉位移测量技术发展趋势激光干涉位移测量技术以其独特优势已成为高辨别力位移测量最实用工具之一，但当前最先进纳米加工和测量技术多来自工业发达国家，国内因起步较晚，与发达国家尚有差距。依照激光干涉位移测量技术发呈现状和微纳米技术发展需要，可以预想激光干涉位移测量技术近期重要有如下几种发展方向： 向亚纳米量级以上高辨别力方向发展。科技进步以及精密制造业迅速发展对位移测量辨别力和精确度提出了更高规定，并且，当前激光干涉位移测量技术遇到一种普遍问题是，作为溯源手段，扫描探针显微镜等测量手技术比既有最佳干涉仪精确性至少高一种数量级，即既有计量设备无法满足实际标定和校准需求，因而具备亚纳米甚至更高辨别力新型位移测量技术发展是大势所趋。 改进已有测量技术同步，不断开发和应用新激光干涉测量技术。在光学测量领域，除激光器浮现将计量学带入一种新纪元，尚没有代表性新原理浮现，当前做得最多是进一步改进和完善已有干涉仪构造和性能，同步，将干涉仪与其他办法结合成为纳米测量发展一大趋势，如前面提到将X射线干涉测量技术与激光干涉仪结合弥补各自缺陷办法14。 解决高辨别力与大测量范畴之间矛盾。将来位移测量规定在数十毫米以上范畴内达到亚纳米级以上辨别力，依托单一测量办法难以实现。结合各种测量办法以弥补各自局限性是解决矛盾突破口。同步，提高信号解决能力、提高测量系统中机械某些装配和运动精度、改进光源质量、减少外界环境干扰等都是大范畴高辨别力位移测量努力方向。2.3 光栅尺微位移测量技术2.3.1 光栅尺微位移测量原理光栅尺测量基本原理为：标尺与扫描掩模之间相对移动，在光源照射下形成莫尔条纹，莫尔条纹通过光电传感器转换为近似正余弦电信号，就是原始光栅扫描信号。然后采用不同电子细分法，得到不同测量步距计数脉冲信号，脉冲信号普通是两路正交信号，这两路信号接入后续可逆计数电路，计数器计数值再乘以测量步距则为光栅尺位移测量值。光栅尺测量最大容许移动速度是由光栅尺输出频率及光栅扫描信号信号周期决定，它们有如下关系： (13)式中，Vmax为光栅尺最大容许移动速度，单位：mm/s；fmax为光栅尺最大输出频率，单位：kHz；sp为光栅信号信号周期，单位：m。在光栅信号信号周期不变前提下，Vmax与光栅尺输出频率成正比。测量步距相应着辨别率，若提高电子细分电路细分倍频数，则辨别率提高(测量步距减小)，由于受到电子细分电路响应频率及后续计数电路输入频率限制，随着细分倍数提高，光栅尺输出频率下降，则测量最大容许速度下降，因此光栅尺测量步距与测量最大容许移动速度Vmax成反比。因而，用于高速测量光栅尺(最大容许移动速度1 m/s)，其辨别率普通为微米级(0。12m)，而用于低速测量光栅尺(速度500 mm/s)，辨别率可达到纳米级(150 nm)。2.3.2 双光栅尺位移测量仪构造双光栅尺位移测量仪构成框图如图5所示，由直线运动平台、粗光栅尺、精光栅尺、双光栅尺解决电路FPGA和ARM LPC2138构成。粗光栅尺采用英国RENISHAW公司RGB25X型，测量步距0。5m(辨别率)；精光栅尺采用英国RENISHAW公司RGB25X型，测量步距10nm(辨别率)。双光栅尺解决电路采用Altera公司Cyclone III系列EP3C80F484型号FPGA，并扩展液晶显示、RS-232接口、键盘等外围设备15。图5 光栅尺位移测量仪构造2.4 光纤光栅微位移测量技术当前，国内外对布拉格光纤光栅(in-fiber bragg grating，FBG)传感系统研究多基于老式应变片式，如一种同步测量温度与压力FBG传感器，但其FBG粘贴在应变片上，属于老式应变式传感器，且测量力较大(10N)16，不能满足微器件、微尺寸测量需要。因而，研究具备纳米级精度FBG微位移测量系统具备重要理论意义和实用价值。2.4.1 光纤光栅微位移测量原理基于FBG可调谐微位移测量系统构架如图所示，系统重要涉及ASE光源、测量FBG探针式测头、FBG可调谐匹配法解调系统&系统信号解决等某些。当测量FBG受到轴向应变时，其中心波长发生漂移，通过可调谐匹配法解调波长，高敏捷度探测器将光强信号转化为电压信号，然后通过数据采集卡将电压信号上传到上位机。信号发生器和HPV型压电陶瓷驱动电源提供高压锯齿波，驱动压电陶瓷进行伸缩运动，扫描测量FBG信号。 图6 光纤光栅微位移测量系统框图在FBG光纤光栅传感系统中，信号解调是传感系统核心技术之一，它将直接影响整个传感系统测量辨别率，因而解调办法是系统设计重点$该设计采用可调谐匹配光纤光栅法，这种解调方案长处是体积小、构造简朴、精度高。其解调构造如图6所示，宽带光源通过22耦合器1进入到测量FBG中，从测量FBG中反射回来光通过22耦合器2入射到匹配FBG中，用探测器检测从匹配光栅反射能量大小。因而，探测器接受到能量是测量FBG和匹配FBG反射谱重叠某些能量。当测量FBG与匹配FBG中心波长重叠时，探测器接受光能最大，当测量FBG受到应变影响时，测量FBG波长发生漂移，从而使匹配光栅反射能量产生变化，探测器接受到能量发生变化，运用压电陶瓷拉伸匹配FBG扫描整个设计光谱范畴，搜寻最大接受光能，从而找到测量FBG新中心波长位置，再通过后继信号解决，完毕波长解调。2.5 X射线干涉法微位移测量技术2.5.1 X射线干涉法测量原理X射线初期实验已经证明，x射线波长数量级约为1人，又懂得晶体中原子间距也是这个数量级，于是Laue在19建议用晶体作为x射线衍射光栅闭17。让x射线柱通过硫酸铜(CuSO4)晶体，在它背面感光胶片上就能拍摄到中心黑点(正片就是明点)和环绕中心对称分布某些明点图样，叫作Laue图。很明显，中心明点与光栅对可见光衍射同样是零级最大值，而外围明点则是由于晶体原子外层电子在x射线作用下，二次发射散射光所迭加效果。 图7 晶体点阵示意图晶体是由原子或原子团点阵构成，即由晶胞(unit cell)重复排列构成。单色x射线柱沿与晶面成角方向入射(这和可见光与晶面法线夹角不同)。在结晶学里就规定是入射角，并称之为掠射角(glancnig)。入射到晶体x射线，某些被层形点阵第一层所反射，某些进入晶体内部。进入晶体内部x射线，会被层形点阵2、3、等层所反射。设晶体面间距(interplannar spacing)为d，则由图7得： (14)即： (15)于是1、2层光程差为，因而，各层反射线满足相助条件为： (16)2.5.2 X射线干涉仪原理X射线干涉仪运用稳定性为10-8单晶硅晶格作为标尺实现微位移测量，因而具备亚纳微米测量精度。X射线干涉仪原理图如图8所示，涉及三个平行且晶格方向完全一致单晶硅晶片（分束器S、镜子M和分析器A），当X射线以布拉格角入射到分束器S时，依照X射线衍射动力学理论，它被提成两束相干光，这两束相干光通过镜子M后又各自提成两束光，其中两束光在分析器处相交形成空间驻波场，其周期等于所用晶格晶面间距。图8 X射线干涉仪原理图再通过度析器衍射，在分析器后形成宏观干涉条纹，当分析器A沿垂直于衍射晶面方向移动时，每移动一种晶格，干涉条纹就会变化一种周期。通过计算移动干涉条纹，乘以晶面间距，即可得到分析器移动位移。2.6 F-P微位移测量技术运用光纤干涉仪测量位移，是当前世界各国科技界研究热点之一。基于光强F-P位移传感器，光源和光探测器分别位于F-P两端，由探测器探测F-P传感器透射光谱。其检测原理是F-P输出光强随F-P腔长而变化。通过探测光强变化而探测F-P腔长，从而探测出待测位移。F-P腔长与光强之间关系是高阶非线性，因而解决比较困难。为了克服光强型F-P传感器测量成果受光源波动影响、难以辨认位移方向等缺陷18。运用F-P干涉光谱相邻波峰之间波长关系测量微位移传感技术，经实验其位移辨别力可达纳米级。2.6.1 F-P微位移测量原理强度型光纤传感器突出长处是简朴。此类传感器涉及M-Z干涉仪、迈克耳孙干涉仪、Sagnac干涉仪、F-P干涉仪、以及偏振光纤传感器等。为了实现高精度测量，强度型光纤传感器往往需要较为复杂构造。光强型F-P传感器测量精度虽比其她光强型位移传感器高，但其测量是一种相对测量，仅能辨认F-P腔长相对变化，而难以辨别腔长是伸长或缩短，即难以辨别位移方向，且当位移达到光强极值点时，将难以探测其变化。F-P测量系统如图9所示。宽带光源(BBS)发出光经F-P干涉后得到图中梳状波，相邻波峰中心波长1和2与F-P腔长L关系为： (17)图9 F-P法测量系统原理图由(17)式，依照相邻波峰之间距离变化就可测出F-P腔长变化，从而也就测出了待测位移变化。该办法消除了光强变化对测量成果影响，可使测量系统具备更强抗干扰能力。并且可通过F-P腔长与干涉光谱波峰之间距离一一相应关系，实现位移量绝对测量。2.6.2 法布里-珀罗干涉仪原理法布里珀罗干涉仪是一种由两块平行玻璃板构成多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对内表面都具备高反射率。法布里珀罗干涉仪也经常称作法布里珀罗谐振腔，其示意图如图10所示。 图10 法布里珀罗光学谐振腔示意图玻璃1与玻璃2相邻两平面镀有光学高反膜，且两平面平行，构成光学谐振腔，该腔可以透过单一光谱光。宽带平行光通过该光学谐振腔后，只有单色光透过，其她波长所有按原光路返回。当谐振腔长度变化时，透过波长也随之变化，因而可以通过波长与腔长相应关系，对透射和反射谱线分析进行微位移测量。由于透过波长为单一波长，因而F-P腔在分析和计算方面比较精准。3 结束语本文简介了六种光学微位移测量技术，涉及激光三角法、激光干涉法、光栅尺测量法、光纤光栅测量法、X射线干射法以及F-P测量法。对各办法测量原理进行了分析，同步对每种办法所用到仪器进行了简介和对比。虽然当前有许各种办法可实现高辨别力微位移测量，但从技术娴熟度和可塑性方面，激光干涉发都是当前和近期高精确度微位移测量办法主流。高辨别力干涉微位移测量技术发展以及新技术在微位移测量中应用正日益受到注重。参照文献1 赵曦，贾曦，黄荐渠. 当代长度测量办法综述J. 自动化仪表，28(11)：12.2 伍康，叶雄英，刘力涛，等. 集成光栅干涉微位移测量办法J. 纳米技术与精密工程，7(1)：56-59.3 王英凯，安晓东. 纳米级位移测量技术研究J. 应用基本与工程科学学报， (S1).4 杨力生，杨士中，曹海林，等. 微位移测量技术分析J. 重庆大学学报：自然科学版，30(4)：76-78.5 刘波，牛文成，杨亦飞，等. 基于光纤布喇格光栅传感器精密位移测量J. 纳米技术与精密工程，3(1)：53-55.6 Peggs G N，Yacoot A. A review of recent work in sub-nanometre displacement measurement using optical and Xray interferometryJ. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences，360(1794)：953-968.7 李晓英，郎晓萍. 激光散斑位移测量办法研究J. 北京机械工业学院学报，23(1)：39-41.8 杨再华，李玉和，李庆祥，等. 一种基于光学三角法形貌测量系统J. 光学技术，31(4)：622-623.9 Chen K H，Chen J H，Cheng C H，et al. Measurement of small displacements with polarization properties of internal reflection and heterodyne interferometryJ. Optical Engineering，48(4)：04-6.10 Durand M，Lawall J，Wang Y. High-accuracy FabryPerot displacement interferometry using fiber lasersJ. Measurement Science and Technology，22(9)：094025.11 周莉萍，高泳生. 双无衍射光束三角测量系统J. 华中科技大学学报：自然科学版，29(1)：11-13.12 黄战华，蔡怀宇，李贺桥，等. 三角法激光测量系统误差分析及消除办法J. 光电工程，29(3)：58-61.13 Joo K N，Ellis J D，Spronck J W，et al. Design of a folded，multi-pass FabryPerot cavity for displacement metrologyJ. Measurement Science and Technology，20(10)：107001.14 马骥驰，李岩，孙文科，等. 可调波长半导体激光法布里-珀罗干涉仪J. 光学学报，28(7)：1296-1300.15 王国超，颜树华，高雷，等. 光栅干涉位移测量技术发展综述J. 激光技术， (5)：661-664.16 朱正恺，刘芳芳，朱肃然，等. 基于光纤光栅新型微位移测量办法研究J. 仪表技术与传感器， (11)：108-110.17 Schattenburg M L，Aucoin R J，Fleming R C，et al. Fabrication of high-energy x-ray transmission gratings for the Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF)C/SPIEs 1994 International Symposium on Optics，Imaging，and Instrumentation. International Society for Optics and Photonics，1994：181-190.18 雷小华，刘国平，陈星，等. 一种用于光纤 FP 传感器微纳米级微位移工作台研究J. 仪器仪表学报，6：022.High precision optical measurement of micro displacement technology Review* (Key laboratory of optical fiber communication technology，Chong Qing 400065，China)AbstractThe micro displacement measurement technology has been widely applied in the field of science and industrial technology. Compared with traditional measurement methods，optical measurement has various advantages，such as high sensitivity，strong electromagnetic interference resistance，corrosion resistance，explosion-proof，simple structure，small volume，light weight，etc. This paper introduces several kinds of high precision optical measurement of micro displacement method，including the laser triangulation method，the laser interferometry method，the grating ruler method，the fiber Bragg grating method，the X-ray interferometry method and the F-P interferometry method. Various micro displacement measuring principle and instrument system are analyzed and compared. The characteristics of various methods are summed up and the trend of optical method is summarized.Keywords：micro displacement measurement，high accuracy，optical measurement，the development trend