雙光楔式掃描系統(tǒng)是一種共軸式折射元件的掃描方式。它利用雙光楔的共軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)改變組合楔角大小，獲得系統(tǒng)光軸連續(xù)擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掃描的一種掃描類(lèi)型。該掃描方式由于利用折射的光楔元件，光楔楔角大小受一定限制，因此掃描范圍不宜過(guò)大。利用雙光楔掃描可以實(shí)現(xiàn)一維線性掃描，兩維平面掃描以及兩位圓周掃描。再利用系統(tǒng)軸向調(diào)焦，還可以實(shí)現(xiàn)三維立體掃描。當(dāng)然系統(tǒng)可以是物方掃描或是像方掃描均可。
在設(shè)計(jì)時(shí)，同樣在連續(xù)幾次選擇菜單后，在“系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)”窗體內(nèi)選擇“雙光楔掃描方式”后會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)窗體，在窗體上選擇掃描方式如“像方深度掃描”后，窗體形式如圖1。接著再在 “設(shè)計(jì)”菜單點(diǎn)擊“雙光楔掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)”出現(xiàn)右圖，利用圖中滾動(dòng)條即可進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)完成后可做各種掃描仿真以及公差分析，幷給出公差分析曲線以確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
圖1.雙光楔掃描型系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗體
利用一對(duì)光楔（雙光楔）的繞光軸連續(xù)相對(duì)等速轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變光軸偏轉(zhuǎn)方向，OCAD可以實(shí)現(xiàn)雙光楔系統(tǒng)的連續(xù)掃描。他與反射鏡掃描不同就在于他的可連續(xù)性，而且其掃描中心軸與其入射光軸保持一致，為此可以在雙光楔轉(zhuǎn)動(dòng)掃描的同時(shí)，利用光學(xué)系統(tǒng)整體或局部繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圓錐式掃描。此外，在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)可以同時(shí)使用兩套雙光楔可以實(shí)現(xiàn)兩維平面掃描。
1.雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)
利用一對(duì)雙光楔的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的一維掃描。在掃描過(guò)程中如果在像面上的像面尺寸不變可以對(duì)應(yīng)物方位置變化，形成在保持物方瞬時(shí)視場(chǎng)不變的前提下對(duì)物方目標(biāo)進(jìn)行掃描。反之如果保持物方畫(huà)面不變，可以實(shí)現(xiàn)在像方進(jìn)行像面掃描。
為實(shí)現(xiàn)雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)，可以在主窗口界面環(huán)境下利用“編輯”中的“系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)”菜單窗體內(nèi)選擇“掃描系統(tǒng)”的“雙光楔掃描方式”出現(xiàn)設(shè)計(jì)窗體如圖1。
然后在此窗體內(nèi)選擇“物方掃描”或“像方掃描”，再選擇“線性掃描”。此時(shí)就可以在窗體內(nèi)填寫(xiě)設(shè)計(jì)要求，比如物（像）方掃瞄視場(chǎng)（角度）、掃瞄視場(chǎng)（角度）公差要求、指定計(jì)算掃描數(shù)以及指定光楔角度單位（角度或角分），再就是要指定雙光楔在系統(tǒng)內(nèi)所在面序號(hào)。由于雙光楔有兩個(gè)光楔，每個(gè)光楔只有一個(gè)斜角面，因此在指定光楔面序號(hào)時(shí)要分別指定前后兩個(gè)斜角面的斜角面序號(hào)。當(dāng)然還可以給出光楔斜角面的斜角角度參考值及角度公差值。以上信息填寫(xiě)完畢，點(diǎn)擊確定按鈕“√”程序會(huì)立即自動(dòng)計(jì)算出光楔的角度值完成設(shè)計(jì)。圖2就是這的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)像面誤差曲線圖供誤差分析參考。
圖2.雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3.雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)像面誤差曲線圖
2.雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)
雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提供光學(xué)系統(tǒng)在子午和弧矢兩個(gè)方向的掃描效果。二維平面掃描就是對(duì)物方或像方進(jìn)行二維的平面掃描。二維平面掃描可以是以光軸為圓心的圓形掃描，也可以是以光軸為對(duì)稱(chēng)軸的矩形（正方形）的平面掃描。由于雙光楔元件的運(yùn)動(dòng)是軸對(duì)稱(chēng)的因此只要在一維線性掃描的基礎(chǔ)上雙光楔一起繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)二維圓形掃描。其實(shí)二維圓形掃描就是一維線性掃描的的擴(kuò)展，多加一個(gè)繞軸運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。
至于二維矩形掃描，也就是利用兩對(duì)雙光楔分別在子午和弧矢兩個(gè)方向上做線性掃描就可完成。在進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，在圖4內(nèi)選擇“平面掃描”，窗體會(huì)顯示需要分別填寫(xiě)子午方向掃描（幀掃）要求及弧矢方向掃描（行掃）要求及兩個(gè)方向雙光楔的所在面序號(hào)即可。填寫(xiě)具體含義同一維線性掃描內(nèi)容。數(shù)據(jù)信息填寫(xiě)完畢，點(diǎn)擊“確定”按鈕，程序會(huì)立即計(jì)算出兩組雙光楔的角度設(shè)計(jì)值如圖5。圖6分別顯示了雙光楔二維物方矩形掃描系統(tǒng)子午和弧矢兩個(gè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6顯示了系統(tǒng)物點(diǎn)掃描軌跡及像方掃描點(diǎn)誤差曲線。像方掃描點(diǎn)誤差相當(dāng)于物方掃描畸變。
圖4.雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖5.雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖6.雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)像面掃描及誤差示意圖
3.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)
雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)顧名思義，就是指掃描系統(tǒng)不僅在某一固定像面上掃描，還可以在像面縱深方向上做立體掃描。立體掃描一般多為運(yùn)行掃描和深度掃描的結(jié)合，形成圓柱形（筒形）掃描。此種掃描可以用于各種深度探測(cè)或深度打孔方面的應(yīng)用。根據(jù)在不同深度上平面掃描的面積不同，可以實(shí)現(xiàn)筒形、錐形和倒錐形掃描。
圖7.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
在掃描過(guò)程由于掃描前端面對(duì)掃描光線的遮擋，特別是對(duì)倒錐形激光打孔時(shí)，必須注意對(duì)掃描光線岀瞳位置的控制。為此往往還需要使用一對(duì)補(bǔ)償光楔動(dòng)態(tài)控制光線岀瞳位置。補(bǔ)償方式有如圖8所列供選擇。
圖8.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)變量因素較多，而且各自影響又比較獨(dú)立，因此采用手工調(diào)節(jié)的方法比較直觀有效，設(shè)計(jì)時(shí)只要在如圖8填寫(xiě)完有關(guān)參數(shù)之后點(diǎn)擊“確定”按鈕即可出現(xiàn)一幅新的設(shè)計(jì)畫(huà)面如圖9。利用每行數(shù)據(jù)右側(cè)滾動(dòng)條即可隨意修改相應(yīng)參數(shù)幷在上方圖形中及時(shí)動(dòng)態(tài)觀察掃描光線變化情況以確定滿足要求的設(shè)計(jì)參數(shù)值。為觀察設(shè)計(jì)效果，可以利用圖10下方所示 “掃描方式”下拉式菜單觀察設(shè)計(jì)中的各種信息，其中擴(kuò)掃描光線的各種掃描效果、掃描輪廓圖形、圖形誤差以及掃描輪廓誤差及公差分析等，如圖9、圖10、圖11及圖12所示。
圖9.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)深度掃描示意圖
圖10.雙光楔三維立體深度掃描參數(shù)優(yōu)化滾動(dòng)條示意圖
圖11.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)公差合格率數(shù)據(jù)及曲線圖
圖12.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)像面軌跡示意圖
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