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轉(zhuǎn)動連續(xù)改變組合楔角大小，獲得系統(tǒng)光軸連續(xù)擺動以實現(xiàn)系統(tǒng)掃描的一種掃描類型。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大。利用雙光楔掃描可以實現(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，還可以實現(xiàn)三維立體掃描。當然系統(tǒng)可以是物方掃描或是像方掃描均可。
在設(shè)計時，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”后會出現(xiàn)對應(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”菜單點擊“雙光楔掃描系統(tǒng)設(shè)計”出現(xiàn)右圖，利用圖中滾動條即可進行自動設(shè)計。
設(shè)計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)計的準確性。
圖1.雙光楔掃描型系統(tǒng)設(shè)計窗體
利用一對光楔（雙光楔）的繞光軸連續(xù)相對等速轉(zhuǎn)動可以改變光軸偏轉(zhuǎn)方向，OCAD可以實現(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)動掃描的同時，利用光學(xué)系統(tǒng)整體或局部繞光軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)系統(tǒng)圓錐式掃描。此外，在一個光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)可以同時使用兩套雙光楔可以實現(xiàn)兩維平面掃描。
1.雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)設(shè)計
利用一對雙光楔的相對轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的一維掃描。在掃描過程中如果在像面上的像面尺寸不變可以對應(yīng)物方位置變化，形成在保持物方瞬時視場不變的前提下對物方目標進行掃描。反之如果保持物方畫面不變，可以實現(xiàn)在像方進行像面掃描。
為實現(xiàn)雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)自動設(shè)計，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”。此時就可以在窗體內(nèi)填寫設(shè)計要求，比如物（像）方掃瞄視場（角度）、掃瞄視場（角度）公差要求、指定計算掃描數(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。由于雙光楔有兩個光楔，每個光楔只有一個斜角面，因此在指定光楔面序號時要分別指定前后兩個斜角面的斜角面序號。當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。以上信息填寫完畢，點擊確定按鈕“√”程序會立即自動計算出光楔的角度值完成設(shè)計。圖2就是這的設(shè)計滿足設(shè)計要求的系統(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
雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)設(shè)計可以提供光學(xué)系統(tǒng)在子午和弧矢兩個方向的掃描效果。二維平面掃描就是對物方或像方進行二維的平面掃描。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稱軸的矩形（正方形）的平面掃描。由于雙光楔元件的運動是軸對稱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)動就可實現(xiàn)二維圓形掃描。其實二維圓形掃描就是一維線性掃描的的擴展，多加一個繞軸運動即可實現(xiàn)。
至于二維矩形掃描，也就是利用兩對雙光楔分別在子午和弧矢兩個方向上做線性掃描就可完成。在進行自動設(shè)計時，在圖4內(nèi)選擇“平面掃描”，窗體會顯示需要分別填寫子午方向掃描（幀掃）要求及弧矢方向掃描（行掃）要求及兩個方向雙光楔的所在面序號即可。填寫具體含義同一維線性掃描內(nèi)容。數(shù)據(jù)信息填寫完畢，點擊“確定”按鈕，程序會立即計算出兩組雙光楔的角度設(shè)計值如圖5。圖6分別顯示了雙光楔二維物方矩形掃描系統(tǒng)子午和弧矢兩個剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6顯示了系統(tǒng)物點掃描軌跡及像方掃描點誤差曲線。像方掃描點誤差相當于物方掃描畸變。
圖4.雙光楔二維平面掃描系統(tǒng)設(shè)計
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
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
在掃描過程由于掃描前端面對掃描光線的遮擋，特別是對倒錐形激光打孔時，必須注意對掃描光線岀瞳位置的控制。為此往往還需要使用一對補償光楔動態(tài)控制光線岀瞳位置。補償方式有如圖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
由于雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)設(shè)計時變量因素較多，而且各自影響又比較獨立，因此采用手工調(diào)節(jié)的方法比較直觀有效，設(shè)計時只要在如圖8填寫完有關(guān)參數(shù)之后點擊“確定”按鈕即可出現(xiàn)一幅新的設(shè)計畫面如圖9。利用每行數(shù)據(jù)右側(cè)滾動條即可隨意修改相應(yīng)參數(shù)幷在上方圖形中及時動態(tài)觀察掃描光線變化情況以確定滿足要求的設(shè)計參數(shù)值。為觀察設(shè)計效果，可以利用圖10下方所示 “掃描方式”下拉式菜單觀察設(shè)計中的各種信息，其中擴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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