光栅测量光学系统结构见图。光源发出的光，经过望远系统变为平行光，并照射到指示光栅与标尺光栅上，在指示光栅与标尺光栅的表面上就产生了莫尔条纹（指示光栅面积较小，与标尺光栅同为栅距相等的长光栅）。改变两块光栅线纹的交角可以调整条纹的宽度，改变两块光栅间的距离可以调整条纹的清晰度。当指示光栅与标尺光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹的光强周期地变化一次。光线经由聚光镜达到光敏元件被转换为周期变化的电压信号。这样就得到了“位移～电压”信号，再通过放大电路处理后由计数器计数，使用数字显示管显示。

光栅测量光学系统结构示意图

若将标尺光栅与被测工件连在一起，并和工作台一起移动，而指示光栅固定不动，那么光栅的移动与被测工件的移动是一致的，这样由计数器记录脉冲数，便可计算出工件的位移。