编码器被广泛应用于精密位置测量和精密运动控制领域。由于在规尺上具有完全重复的周期结构,大多数编码器只能测量相对位置的变化。而少数编码器运用固定的图案区别了这些重复的周期结构,因此可对绝对位置进行测量。然而这些被动式编码器的规尺制造难度大、成本大,其绝对定位的方法较为固定和繁琐。本文提了出一种新型主动式光栅编码器,可对平面绝对位置进行纳米精度的测量。这种编码器利用可实时控制图案的平板显示器作为其光栅,通过相机对显示器微观像素进行高速扫,实现了一种光栅图案可实时改变的主动式编码器。较现有技术而言,使用平板显示器代替了传统平面光栅实现光栅图案可控,并且提供了更为快捷有效的绝对定位模式。基于这种由平板显示器组成的平面光栅,本文运用了相位关联的方法对光栅进行细分。这种方法把连续的平面位置变化细分成为离散的相位变化,而且这种细分的程度可达8000倍,以至于可以测量到微小至纳米精度的位置变化。利用这种线性位置变化的测量方法,主动式光栅编码器实现了对平面上X,Y方向上的位置的精密测量,以及方向上的极小角度的精密测量。为了提高这种主动式光栅编码器的频率响应特性,本文同时提出了一系列提速方法以及快速算法。本文运用局部画幅传输的模式,以提高相机对显示器光栅的扫描速度到550 fps。通过事先对基础频率的辨识,本文在相位计算中的快速傅里叶变换算法速度提高了100倍以上。同时,计算相位角的反正切函数被简单的线性补偿方法取代,也将其运算速度提高了6倍左右。本文也构建了主动式光栅编码器的计算仿真模型,以探究其位置测量精度的极限以及系统参数对测量精度的影响。在构建的平板显示器发光模型,相机采样模型以及系统噪音发生模型中,进行对显示器制造误差,不同相机分辨率,不同噪音强度,不同显示器像素大小等条件的仿真。本文得出了它们对系统测量结果的影响关系,从而指导了编码器原型的设计。通过两台相机分别扫描显示器构成平面光栅的X和Y方向,本研究设计出一个能够测量X,Y方向上位移以及方向极小角度旋转的主动式光栅编码器原型。通过系统矫正和图像滤波处理,这个编码器原型实现了在X方向上3.2 nm,在Y方向上7.2 nm的位置测量分辨率,以及在方向0.42的极小角度测量的分辨率。